汽輪機(jī)徑向支撐軸承檢修工藝的分析

吳丁發(fā)

（廣東大唐國(guó)際肇慶熱電有限責(zé)任公司 廣東肇慶 526000）

汽輪機(jī)徑向支撐軸承檢修工藝的分析

吳丁發(fā)

（廣東大唐國(guó)際肇慶熱電有限責(zé)任公司 廣東肇慶 526000）

汽輪機(jī)徑向支撐軸承是主要承受汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向力的軸承，汽輪機(jī)的軸承瓦塊普遍采用的是鋼基+巴氏合金雙金屬結(jié)構(gòu)，在工作過(guò)程中會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)、摩擦生熱，對(duì)軸瓦造成一定影響，導(dǎo)致磨損、拉傷、裂紋等缺陷。本文主要通過(guò)分析徑向支撐軸承的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，就如何發(fā)現(xiàn)其存在的缺陷進(jìn)行討論，進(jìn)而探討軸瓦缺陷去除及補(bǔ)焊工藝，以及車(chē)削和刮瓦技術(shù)，希望能夠總結(jié)徑向支撐軸承的檢修工藝，提高其工作效率。

汽輪機(jī)；徑向支撐；軸瓦；檢修工藝；分析

1 徑向支撐軸承的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

圖1 徑向支撐軸承

徑向支撐軸承是主要承受汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向力的軸承。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子被軸承支承的部分稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為軸瓦。裝軸瓦的部分總稱殼件，其上半部稱為軸承蓋，下半部稱為軸承座。蓋和座用螺柱聯(lián)接，兩者的接合面由止口或銷(xiāo)釘定位，并可放置不同厚度的墊片以調(diào)節(jié)軸承間隙。多數(shù)軸承的接合面是水平的，也有傾斜的。當(dāng)汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)[1]，軸瓦環(huán)繞一周抱緊轉(zhuǎn)子，瓦塊在工作時(shí)可以根據(jù)轉(zhuǎn)速、載荷及軸承溫度自動(dòng)調(diào)整，以適應(yīng)載荷方向接近垂直于接合面的要求。為便于潤(rùn)滑油進(jìn)入摩擦面之間，軸承蓋上開(kāi)有注油孔，軸瓦上有分配潤(rùn)滑油的軸向油槽，使軸頸和軸瓦平行并形成油膜（圖2）。軸承蓋和軸承座大多用鑄鐵制造，承受載荷大的采用鑄鋼或鋼板焊接結(jié)構(gòu)。徑向支撐軸承剖面圖如圖1所示。

圖2 油膜形成圖

2 徑向支撐軸承的問(wèn)題及處理

汽輪機(jī)的軸承瓦塊普遍采用的是鋼基+巴氏合金雙金屬結(jié)構(gòu)（如圖3）。軸承在工作時(shí)由于軸頸與軸瓦的接觸會(huì)產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致表發(fā)熱、磨損甚而“咬死”?？紤]到汽輪機(jī)的設(shè)備的價(jià)值，所以在設(shè)計(jì)軸承時(shí)，選擇比轉(zhuǎn)子材料更軟的巴氏合金，來(lái)保護(hù)轉(zhuǎn)子。根據(jù)長(zhǎng)期的汽輪機(jī)運(yùn)行檢修實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，徑向支撐軸承缺陷主要有：軸瓦龜裂和脫殼、軸承表面拉傷；軸瓦烏金磨損嚴(yán)重；軸承墊鐵接觸不良，振動(dòng)大等；每次大修視軸瓦的接觸情況均要對(duì)軸瓦進(jìn)行補(bǔ)焊、修刮[2]。

圖3 軸瓦材料圖

3 徑向支撐軸承檢修工序

圖4

4 徑向支撐軸承缺陷的發(fā)現(xiàn)

除了肉眼可以明顯看出來(lái)的燒瓦等缺陷，對(duì)于瓦塊其他無(wú)法用肉眼識(shí)別的龜裂、氣孔、疏松、分層、未焊透及未熔合、脫殼、軸承表面拉傷等缺陷都可以通過(guò)瓦塊的著色探傷檢測(cè)出來(lái)。

著色探傷：著色探傷是一種表面檢測(cè)方法，對(duì)軸瓦進(jìn)行著色探傷過(guò)程，整個(gè)過(guò)程中使用三種試劑，滲透劑（紅色的物質(zhì)，圖中黑色部分），清洗劑（透明液體），顯像劑（白色的物質(zhì)），這也是一種電廠檢修過(guò)程中常用的無(wú)損探傷方式。

圖5 著色探傷具體使用方法

具體使用方法（圖5）就是在檢驗(yàn)時(shí)，先用清洗劑噴在工件表面，進(jìn)行徹底的清洗，并干燥，檢查烏金表面質(zhì)量是否有砂眼和氣孔和烏金是否脫殼；然后噴涂一層紅色（圖中黑色部分）滲透劑并保持一定滲透時(shí)間（10～15min）后用清洗劑噴在擦拭布上，將瓦塊表面多余的滲透劑擦掉，最在瓦塊表面上再均勻的噴涂一層白色顯像劑，涼干后在白色襯底上顯示出紅色（圖中黑色部分）缺陷痕跡。整個(gè)過(guò)程中滲透劑滲透時(shí)間對(duì)檢驗(yàn)效果影響很大。時(shí)間短，小缺陷難以發(fā)現(xiàn)，大缺陷顯示不完全；時(shí)間長(zhǎng)，難以清洗，且檢驗(yàn)效率低。

5 軸瓦缺陷去除及補(bǔ)焊工藝[3]

通過(guò)著色探傷發(fā)現(xiàn)軸瓦的缺陷后，根據(jù)軸瓦的缺陷，把缺陷位置的巴氏合金挖除（圖6），并對(duì)瓦塊按如圖7的補(bǔ)焊順序進(jìn)行碳化焰補(bǔ)焊，補(bǔ)焊過(guò)程中防止巴氏合金材料過(guò)熱是補(bǔ)焊操作過(guò)程中的要點(diǎn)和難點(diǎn)，這是因?yàn)檫^(guò)熱的金屬部位變脆，有可能開(kāi)裂，底層結(jié)合處會(huì)發(fā)生脫落。

圖6 挖除瓦塊缺陷處巴氏合金

5.1 焊前準(zhǔn)備

（1）制作烏金條：補(bǔ)焊前用角鐵做模具，用氧－乙炔焰把烏金溶化成8～12mm粗的條狀作為焊絲，以便操作中使用方便。

圖7 軸瓦損壞補(bǔ)焊順序

（2）清掃：將補(bǔ)焊處的烏金用酒精、丙醇等試劑清理干凈，使瓦面孔隙中的油垢清除干凈，露出金屬光澤。

（3）焊炬的選擇：根據(jù)軸瓦大小的不同選擇不同型號(hào)的焊炬，一般選用H01-6，特小軸瓦可采用微型焊炬。

5.2 操作技術(shù)

（1）用小一點(diǎn)的碳化焰加熱補(bǔ)焊表面，并同時(shí)用烏金條不斷摩擦加熱部位。當(dāng)瓦面溶化后，隨即填加烏金條，邊溶化母材邊填加烏金條并不斷前移。操作時(shí)動(dòng)作要迅速敏捷，防止烏金過(guò)熱，造成瓦底脫落。由于烏金加熱不變色，所以要觀察焰池狀態(tài)，掌握操作時(shí)的軸瓦溫度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)下凹時(shí)，即表示溫度過(guò)高，應(yīng)迅速將火焰轉(zhuǎn)移到溫度較低處補(bǔ)焊。如果補(bǔ)焊區(qū)域較大，宜分成若干小塊交替溶化烏金材料，避免在一個(gè)部位連續(xù)施焊。每一層的堆焊厚度不得過(guò)大，如一層堆焊厚度達(dá)不到要求，可再堆一層。

（2）防止烏金材料過(guò)熱是操作工藝的要點(diǎn)和難點(diǎn)。這是因?yàn)檫^(guò)熱的金屬部位變脆，有可能開(kāi)裂，底層結(jié)合處會(huì)發(fā)生脫落。

（3）檢查工作

補(bǔ)焊后需要詳細(xì)檢查質(zhì)量狀況，合格后再進(jìn)行加工。

6 車(chē)削

為了確保補(bǔ)焊后軸瓦精密切削質(zhì)量控制，保證軸瓦圓度和同心度，采用成熟的車(chē)削加工工藝進(jìn)行對(duì)軸瓦表面精細(xì)加工，圖8為軸瓦車(chē)削加工工藝圖。

圖8 軸瓦車(chē)削圖

7 刮瓦目的及意義

刮瓦的目的就是為了一組瓦塊形成圓的幾何形狀，使在軸瓦和軸頸之間形成油楔，保證產(chǎn)生的油膜能達(dá)到轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)要求。削刮質(zhì)量不好，轉(zhuǎn)子在試車(chē)時(shí)就會(huì)很容易地在極短的時(shí)間內(nèi)使軸瓦由局部粘損到大部分粘損，直至軸被粘著咬死、軸瓦損壞不能使用。所以在刮削軸瓦時(shí)都由技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的鉗工操作，需要熟練掌握操作過(guò)程有關(guān)刮刀類型、刮瓦順序、控制刮刀的角度和力度內(nèi)容。

7.1 刮瓦的工序

車(chē)削完成后，先做瓦塊的接觸試驗(yàn)，在軸頸上涂一層薄而勻的紅丹或鉛粉之類的顯示劑（注意不要涂的太濃，否則會(huì)影響檢查工作的準(zhǔn)確性。太濃時(shí)將使一些不需要研刮的地方“染色”）。再放到軸瓦的表面上并轉(zhuǎn)動(dòng)兩、三圈。這樣軸瓦上的凸出處將由涂料顯示出來(lái)。然后提起轉(zhuǎn)軸，取出軸瓦，檢查軸瓦表面上染色點(diǎn)的分布情況。要求在軸瓦中心60～70度夾角內(nèi)，每平方厘米有2～3點(diǎn)為合適，不宜過(guò)多或過(guò)少，不符合要求的地方，須進(jìn)行刮瓦。

圖9 軸瓦刮削圖

7.2 刮瓦的具體步驟

粗刮軸瓦：首先，要認(rèn)識(shí)到刮瓦是一個(gè)從粗到細(xì)的過(guò)程，粗刮目的是使軸頸和軸瓦的軸心一致。操作方法是對(duì)上、下瓦的車(chē)削加工刀痕輕刮一遍，將大點(diǎn)刮碎，密點(diǎn)刮稀，要求瓦面應(yīng)全部刮到，刮削均勻，將加工痕跡刮掉（圖9粗刮）。粗刮時(shí)要注意，不可將瓦口部分刮虧了，粗刮完還需用0號(hào)細(xì)紗布輕輕按軸轉(zhuǎn)向的方向打磨瓦面，除去粗刮所留下的刀痕和毛刺。

細(xì)刮軸瓦：細(xì)刮過(guò)程中，主要對(duì)部分位置重點(diǎn)刮削，操作方法是沿著一個(gè)方向順次刮削一遍，特別注意每遍刀痕方向應(yīng)相交形成網(wǎng)絡(luò)狀或魚(yú)鱗狀（圖10細(xì)刮），這樣能防止局部位置刮出凹痕。下軸瓦頂軸油囊是細(xì)刮時(shí)重要一道工序，油囊修刮不好結(jié)果會(huì)造成機(jī)組在完成大修后，在頂軸試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)子不能被頂起造成盤(pán)車(chē)電流大，軸瓦磨損。

精刮軸瓦：精刮的目的是要將接觸斑點(diǎn)及接觸面積刮削達(dá)到圖樣規(guī)定的要求，要注意精刮技術(shù)要領(lǐng)，保證刮削斑點(diǎn)由大到小，由深到淺，由疏到密（圖11精刮）。在精刮將要結(jié)束時(shí)，將潤(rùn)滑油楔、側(cè)間隙進(jìn)一步刮削，使其達(dá)到軸瓦的使用性能，這一點(diǎn)非常重要。

圖10 軸瓦修刮示意圖

圖11 軸瓦修刮實(shí)物圖

刮瓦過(guò)程中，在粗刮與細(xì)刮時(shí)要同時(shí)考慮與軸相關(guān)件的接觸情況，如中心距偏差、盤(pán)車(chē)齒輪齒面的接觸狀況等，以便使軸的位置準(zhǔn)確。由機(jī)械加工造成的微小積累誤差，可通過(guò)刮削得到進(jìn)一步的消除。但較大誤差，刮削是無(wú)法解決的。

8 結(jié)束語(yǔ)

（1）要把刀磨好不能發(fā)虛，否則刮出的將不是一道而是很多道，柳葉刮刀要反復(fù)的在油石上磨有一定的弧度。

（2）一般情況，人工修刮，應(yīng)先刮出油楔，油楔形狀應(yīng)自瓦口向下逐漸過(guò)渡順暢。

（3）粗刮完后，用0號(hào)細(xì)紗布輕輕按軸轉(zhuǎn)向的方向打磨瓦面，除去粗刮所留下的刀痕和毛刺，但是細(xì)刮、精刮后，切記不要用砂布打磨，以免沙粒侵入巴氏合金，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)磨傷軸頸。

[1]席洪藻.汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：水利電力出版社，1988.

[2]汽輪機(jī)設(shè)備及其系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[3]郝開(kāi)國(guó).汽輪機(jī)設(shè)備檢修技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，1985.

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2016-8-1