超臨界600MW 汽輪機1#、2#軸承瓦溫偏高處理方案

尹相雷

(棗莊學院 機電工程學院，山東 棗莊 277160)

0 引言

某電廠汽輪機系東方汽輪機廠生產的超臨界600MW 汽輪機，其1#、2#軸承運行時瓦塊金屬溫度經常處于95℃～105℃之間，隨調節(jié)閥的開度不同而變化.該溫度偏高于正常溫度值，影響汽輪機的安全、可靠運行. 對此，采用偏支可傾瓦軸承并設置一定的預負荷的處理方案對1#、2#軸承進行優(yōu)化.本文闡述優(yōu)化方案，并介紹處理后的運行情況.

1 汽輪機軸系簡介

該汽輪機的軸系由高中壓轉子、A 低壓轉子、B 低壓轉子和發(fā)電機轉子構成，由8 個軸承支撐，如圖1 所示.軸系的幾何參數、模型簡化參數及軸承結構特征如表1 所示.

表1 各軸承型式及尺寸Table 1 The Type and Size of Every Bearing

該汽輪機高中壓轉子由1#、2#軸承支撐，二者均采用六瓦塊可傾瓦軸承，軸承上下軸瓦均為3 個瓦塊，每個瓦塊采用常規(guī)的中心支撐，上軸瓦的三個瓦塊上開有1.6mm 深的周向槽，槽的寬度為瓦塊寬度的1/2，該槽作為潤滑油的流動槽道.機組正常運行時，潤滑油從右側(從機頭側向電機側看)進入軸承，經上瓦過油槽道進入下瓦，通過左側的排油孔和油擋間隙排走.

2 采用偏支可傾瓦軸承降低瓦溫

2.1 理論分析

與中心支撐可傾瓦軸承相比，采用偏支可傾瓦軸承(見圖2)可有效提高軸承的承載能力，增大油膜厚度，從而減低瓦塊金屬溫度［1，2］. 此外，偏支可傾瓦軸承的剛度也比中心支撐可傾瓦軸承大.

對該汽輪機1#、2#軸承分別采用中心支撐和偏支支撐的性能特點進行對比計算，結果如表2 所示.

軸承性能對比計算表明:瓦塊支點偏置后，軸承最大油膜壓力降低約18%，軸承最小油膜厚度增加約20%，將有效提高軸承的承載能力，降低瓦塊金屬溫度.

圖2 可傾瓦軸承的支點布置Fig.2 The Bearing arrangement of Pivot tilting pad

表2 1#、2#軸承采用中心支撐和偏心支撐的性能計算結果對比Table 2 The Performance Comparison of 1 #＆2 # Bearings with Central Support and Eccentrically Braced

2.2 實驗研究

2.2.1 單個因素實驗

為驗證上述分析結果，對Φ152.4 中心支撐和偏心支撐兩種結構型式的軸承可傾瓦軸承進行了對比實驗.實驗表明:瓦塊偏支后，75%瓦弧長度處(軸承合金安全性考核點)的瓦溫和最高瓦溫均比瓦塊不偏支時低.75%瓦弧長度處的瓦溫低15 ～20℃，最高瓦溫低10 ～15℃，如圖3 所示. 如果以瓦溫不超限作為比較前提，則瓦塊偏支所帶來的收益是，潤滑工況無論處于層流區(qū)、過渡區(qū)還是紊流區(qū)，軸承的工作轉速和比壓均可提高.

圖3 兩種軸承型式的瓦溫分布Fig.3 The temperature distribution of two kinds of bearing bush

2.2.2 多因素實驗

運用大型滑動軸承實驗臺對東方600MW 汽輪機1#、2#軸承采取4 種軸承改進方案進行實物軸承的實驗研究，軸瓦瓦塊的壓力、溫度測點布置如圖4 所示，4 種實驗方案如表3 所示.

圖4 瓦塊的壓力、溫度測點布置圖Fig.4 the layout of pressure and temperature measuring points of bearing bush

表3 軸承實驗方案Table3 The Test Method of Bearings

實驗結果如圖5 和圖6 所示.

圖5 軸承瓦塊金屬溫度隨軸承壓力變化情況Fig.5 The temperature change of bearing bush along with the bearing pressure

圖6 軸承瓦塊金屬溫度隨轉速變化情況Fig.6 The temperature change of bearing bush along with the speed

由圖5 和圖6 可知，方案1 在16kg/cm2比壓下瓦溫為83.94℃，這與5#機轉速為3000r/min 時的運行數據是吻合的;方案3(鋼基、偏心支撐、集中供油方案)較方案1 瓦溫下降17.63℃.

3 設置一定預負荷降低瓦溫

在軸承上適當設置一定的預負荷，可增大油膜間隙內部的潤滑油流量，增加油膜厚度，降低軸承工作區(qū)的潤滑油溫度，從而降低軸瓦金屬溫度［3］.

預負荷一般通過預負荷系數表征，預負荷系數定義如下［4］:

式中C'、C 分別為軸承安裝間隙和軸承加工間隙.

通過實驗，得出預負荷系數與最小油膜厚度的關系擬合曲線如圖7 所示.

圖7 軸承最小油膜厚度與預負荷系數關系曲線Fig.7 The relation curve on the minimum oil film thickness and preload coefficient of bearings

由圖7 可知，軸承預負荷系數約為0.5 時油膜厚度最大.預負荷系數為0.5 的可傾瓦軸承在東方亞臨界300MW、亞臨界600MW 汽輪機上廣泛采用，其運行穩(wěn)定、可靠.實驗表明:相同工況下，適當設置一定的預負荷，可使瓦塊金屬溫度降低2 ～4℃.

4 1#、2#軸承優(yōu)化后機組運行情況

綜上所述，采用偏支可傾瓦軸承并設置一定的預負荷，可在不變動軸瓦套的情況下，使軸承瓦塊金屬溫度降低15 ～20℃.

機組1#、2#軸承采取該方案優(yōu)化后，于2011 年7 月15 日沖轉，7 月16 日并網，運行過程中軸承瓦溫與振動均見好轉.

4.1 軸承瓦溫

優(yōu)化前后1#、2#軸承金屬溫度對比見表4.

由表5 中運行數據表明，1#、2#軸承優(yōu)化后，平均瓦溫降低了29.7℃(1#)和28.05℃(2#)，優(yōu)于預期效果.

表4 1#、2#軸承瓦溫對比Table 4 The comparison of temperature 1# and 2# bearing bush

4.2 機組振動

優(yōu)化前后1#、2#軸承振動對比見表5.

表5 1#、2#軸振對比Table 5 The comparison of shaft vibration of 1# and 2# bearings

對比優(yōu)化前后機組的振動，除2#瓦X 方向振動有所增加(+2.8μm)外，其余1#、2#瓦軸振均有所改善，達到預期效果.

5 結論

某電廠超臨界600MW 汽輪機1#、2#軸承運行時瓦溫偏高，最高溫度達105℃. 將二軸承由常規(guī)的中心支撐改為偏支支撐，并設置一定的預負荷. 優(yōu)化后，軸承瓦溫大幅降低，平均瓦溫降低了29.7℃和28.05℃，最高瓦溫降至79.13℃.同時軸振也有所改善，達到了1#、2#軸承優(yōu)化的效果

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