汽輪機(jī)推力瓦塊溫度過高原因分析及處理

李 清

（湖北能源集團(tuán)鄂州發(fā)電有限公司,湖北 鄂州 436032）

0 引言

某電廠3號(hào)機(jī)組系東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的N600-24.2/566/566型超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式機(jī)組,該機(jī)組2009年投產(chǎn)后推力瓦溫度基本正常，然而到2015年12月份，該機(jī)組推力軸承工作瓦一局部瓦塊溫度高達(dá)105℃（110℃跳機(jī)），超溫嚴(yán)重已經(jīng)影響到了該機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此本文對(duì)推力瓦塊溫度高的原因進(jìn)行了分析并做出了相應(yīng)的處理。

1 推力瓦塊溫度升高的原因分析

1.1 推力軸承結(jié)構(gòu)

該機(jī)組為斜面式推力軸承，由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)推力盤和兩個(gè)推力瓦組成，旋轉(zhuǎn)推力盤構(gòu)成了軸承的前部和后部，推力瓦支承在箱體內(nèi)，以使它們可以位于對(duì)著旋轉(zhuǎn)推力盤旋轉(zhuǎn)面的位置，旋轉(zhuǎn)推力盤表面經(jīng)機(jī)加工和研磨形成光滑的平面；兩側(cè)推力瓦基體為銅質(zhì)半圓環(huán)，表面澆注有巴氏合金層，將推力瓦的巴氏合金表面分成10小塊，每一小塊表面沿推力盤旋轉(zhuǎn)方向刮出傾斜的坡度，使旋轉(zhuǎn)的推力盤和推力瓦之間形成油楔，推力瓦沿徑向切出扇形面和進(jìn)油槽，徑向油槽在外端被擋住，以保持油槽內(nèi)的油壓。推力軸承的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 推力軸承結(jié)構(gòu)Fig.1 Thrust bearing structure

1.2 汽輪機(jī)軸向推力的組成及推力軸承的重要性

汽輪機(jī)的軸向推力即整個(gè)轉(zhuǎn)子上的軸向推力,主要是各級(jí)軸向推力的總和,是由作用在動(dòng)葉片上的軸向推力、作用在葉輪面上的軸向推力以及作用在軸的凸肩處的軸向推力3部分組成的，而承擔(dān)此推力的部件就是推力軸承；若軸向推力大于推力軸承的承載能力,推力軸承瓦溫將升高直至損壞,使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向移動(dòng),引起動(dòng)靜部件接觸、磨損甚至破壞[3-4]。

1.3 推力瓦溫度升高的原因分析

該機(jī)組在2016年2月因推力瓦溫度高解體檢修前(負(fù)荷為590 MW),工作推力瓦各塊溫度測點(diǎn)溫度如下表1所示；從表1數(shù)據(jù)可看出P3點(diǎn)瓦塊溫度超過高報(bào)警值85℃而達(dá)104.3℃,超溫很嚴(yán)重。

表1 修前推力工作瓦塊對(duì)應(yīng)測點(diǎn)溫度 （單位：℃）Tab.1 Repair before the thrust pad work corresponding measuring point temperature

在該機(jī)組檢修解體推力軸承后發(fā)現(xiàn)，各個(gè)工作推力瓦塊表面均有微小硬顆粒劃痕,巴氏合金均有受損,其中P3測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瓦塊磨損最為嚴(yán)重,分析P3測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瓦塊溫度高的原因是由于瓦塊與推力盤的接觸面積過大,使得瓦塊與推力盤的接觸面惡化,導(dǎo)致進(jìn)油口處間隙過小，破壞了形成油膜潤滑的基本條件，使瓦面沒有充分油量冷卻而導(dǎo)致金屬表面局部干摩擦,這樣在轉(zhuǎn)子軸向力的作用下引起瓦溫高是必然的，如果這種狀態(tài)繼續(xù)發(fā)展,就會(huì)導(dǎo)致軸承合金熔化事故[5]。

2 推力瓦塊溫度高處理方法及效果

在推力瓦的檢修過程中,既要保證各瓦塊之間的厚度差和不平行度,又要保證推力盤與推力瓦的接觸面積在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi),因此應(yīng)采用正確的測量方法，即瓦塊合金面朝上,將瓦塊放平,使背部平面與平板全部接觸,移動(dòng)瓦塊,千分表的最大跳動(dòng)量即為該瓦塊的不平行度[6-7]。修前修后各推力瓦塊厚度、平行度數(shù)據(jù)如圖2～圖5所示。

圖2 修前瓦塊平行度Fig.2 Fix pad parallelism

圖3 修后瓦塊平行度Fig.3 Parallel repair pad

從圖2～圖5的檢修記錄數(shù)據(jù)可以看出,修前P3測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瓦塊內(nèi)外斜面厚度差分別為0.04 mm和0.01 mm,平行度分別為0.09 mm和0.06 mm,不符合內(nèi)外斜面的實(shí)際高低差標(biāo)準(zhǔn)0.23 mm和0.15 mm（該標(biāo)準(zhǔn)來源于圖6，對(duì)照推力瓦斜面加工尺寸圖，得出了該型機(jī)組推力瓦的斜面修刮驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)）。本次檢修針對(duì)此問題,在檢修過程中采取了如下消除措施。

（1）檢修人員清除推力瓦表面的異物或污物,然后對(duì)推力瓦塊進(jìn)行壓紅丹研磨劃線修刮,在這個(gè)過程中要保證推力盤與推力瓦的接觸面積在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)達(dá)到70%。

圖4 修前瓦塊厚度（以25 mm的內(nèi)徑千分尺為基準(zhǔn)）Fig.4 Before the repair pad

圖5 修后瓦塊厚度（以25 mm的內(nèi)徑千分尺為基準(zhǔn)）Fig.5 After repair of pad thickness

圖6 推力瓦斜面加工尺寸圖Fig.6 Dimensions of thrust tile

（2）針對(duì)進(jìn)油口處因間隙過小油膜受擠壓過薄問題,開大了推力瓦進(jìn)油口處的進(jìn)油囊,但是由于開大油囊的同時(shí)會(huì)增大推力盤與推力瓦的接觸面積,所以要注意保證推力盤與推力瓦接觸面積處于合理范圍之內(nèi)。

初始設(shè)計(jì)的RBF神經(jīng)網(wǎng)是不能夠正常工作的，需要采集適當(dāng)?shù)臉颖緮?shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)訓(xùn)練。較多的樣本數(shù)據(jù)可以更好地表現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的特性，但會(huì)增大網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時(shí)間；而過少的樣本數(shù)據(jù)不能反應(yīng)數(shù)據(jù)的原始特性，訓(xùn)練出來的網(wǎng)絡(luò)泛化性會(huì)降低，因此，樣本數(shù)的選擇應(yīng)能體現(xiàn)數(shù)據(jù)的特性且不宜過多。在0～20 mm全量程范圍內(nèi)，根據(jù)間隙值均等分布的原則選取41個(gè)數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理以方便RBF網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，樣本數(shù)據(jù)如圖5所示。圖5中，選取樣本中均等分布的21個(gè)樣本點(diǎn)作為訓(xùn)練樣本，在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化學(xué)習(xí)時(shí)使用；選取其余20個(gè)樣本點(diǎn)作為測試集來驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)對(duì)陌生樣本預(yù)測時(shí)的泛化性能。

通過對(duì)P3測點(diǎn)工作推力瓦塊的檢修,使厚度差、不平度幾乎達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),從該機(jī)組推力瓦檢修后運(yùn)行情況來看,P3測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瓦塊溫度明顯地降低了不少,修后590 MW負(fù)荷下的推力瓦測點(diǎn)溫度見表2。

表2 修后工作推力瓦塊對(duì)應(yīng)測點(diǎn)溫度 （單位：℃）Tab.2 After the repair work corresponding thrust pad temperature

3 結(jié)論

（1）針對(duì)機(jī)組在運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)正向推力瓦局部瓦塊溫度異常升高，通過原因分析，及時(shí)找出問題所在，發(fā)現(xiàn)是由于瓦塊與推力盤的接觸面積過大,使得瓦塊與推力盤的接觸面惡化,導(dǎo)致進(jìn)油口處間隙過小，破壞了形成油膜潤滑的基本條件,從而使正向推力瓦溫異常升高。

（2）對(duì)照機(jī)組推力瓦的斜面修刮驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相應(yīng)的檢修工作。通過本次檢修的實(shí)踐探索和開機(jī)情況表明，對(duì)推力瓦塊斜面進(jìn)行修拂、是消除推力軸承推力瓦塊溫度高的有效方法。

（3）汽輪機(jī)正常的運(yùn)行離不開推力瓦，而推力瓦的瓦溫直接影響到汽輪機(jī)的正常運(yùn)行；長久以來，有很多因?yàn)橥屏ν邷囟壬?，造成了汽輪機(jī)工作效率低下和安全隱患的問題。因此本論文的研究成果具重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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