1000 MW超超臨界機組低壓缸瓦溫度異常分析

楊燁

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東揭陽515223）

1000 MW超超臨界機組低壓缸瓦溫度異常分析

楊燁

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東揭陽515223）

1000 MW超超臨界機組橢圓軸承在運行過程中出現(xiàn)局部金屬溫度偏高的現(xiàn)象，從軸承的工作原理進行分析，解析出軸承金屬持續(xù)溫度偏高主要是由于軸承的自位性能不良所引起，并提出對軸承自位性能的改善措施。

超超臨界；自位；載荷；瓦溫

0 前言

某公司的1000 MW汽輪機為超超臨界、一次中間再熱、單軸4缸4排汽、沖動凝汽式汽輪機。低壓轉(zhuǎn)子支撐軸承為橢圓軸承，分別支承在ALP，BLP缸上，該橢圓軸承采用自位式結(jié)構(gòu)、單側(cè)進油、雙支撐面、雙頂軸油孔、雙進油楔設(shè)計。其溫度測點分布如圖1所示，測點A安裝在軸瓦A承載面，測點B安裝在軸瓦B瓦面。

1 軸承溫度異常情況

機組啟動期間，汽輪機轉(zhuǎn)速3000 r/min，潤滑油母管溫度40℃，7#軸承（低壓轉(zhuǎn)子軸承）上的2個溫度測點數(shù)值相差較大，其中測點A為96.9℃、測點B為105.0℃。隨著機組并網(wǎng)帶負(fù)荷，測點A，測點B溫度逐漸上升且偏差越來越大。當(dāng)機組負(fù)荷升到500 MW時，測點B溫度升至105℃且仍有上升趨勢。其后機組負(fù)荷減至400 MW，B點溫度升到110℃，200 MW時B點溫度至113℃，最終在機組惰走期間，B測點最高溫度至118℃。在機組啟動過程中，7#軸承各溫度測點隨時間、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化，其溫度變化情況如表1所示。

圖1 橢圓軸承溫度測點分布圖

2 軸承溫度異常的檢查和分析

2.17#軸承解體檢查情況[1-3]

（1）測量2個溫度測量點所處的位置，確認(rèn)2測點處于軸瓦鎢金面下的同一深度。

（2）上下半軸承的鎢金面完整，但靠近溫度測點側(cè)B的軸承B承載面底部鎢金面有輕微發(fā)黑跡象。

（3）上下瓦塊的鎢金面均進行表面著色和超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)表面裂紋和脫胎的現(xiàn)象。

表1 7#瓦啟機過程各溫度測點對應(yīng)溫度情況表

（4）頂部球面實測間隙符合廠家要求，但在上瓦枕約45°的位置均有黑色斑塊，紅丹檢查確認(rèn)該黑色斑塊處存在接觸。

2.2 原因分析

7#軸承為橢圓自位式軸承，正常運行時，軸瓦中心軸線與轉(zhuǎn)子中心線平行，軸頸與軸瓦之間因高速旋轉(zhuǎn)形成油膜，油膜滑動摩擦產(chǎn)生的熱量被潤滑油帶走，使軸承溫度始終保持在合理的范圍內(nèi)。因此，該類型軸承溫度異常可能與潤滑油的油質(zhì)、油溫以及油量，軸頸與軸瓦接觸狀況，軸承的負(fù)載和球面等因數(shù)有關(guān)。

（1）從機組運行參數(shù)看，機組帶負(fù)荷時潤滑油供油溫度40℃，除7#軸承外，其他軸承運行溫度正常，檢驗潤滑油油質(zhì)正常。觀察7#軸承就地回油量正常，實測回油溫度約50℃，可以確認(rèn)潤滑油油質(zhì)、油溫以及油量不是引起7#軸承溫度異常的原因。

（2）軸頸與軸瓦接觸不良如軸瓦脫胎、損傷等會導(dǎo)致軸頸與軸瓦之間的油膜穩(wěn)定性被破壞，使局部摩擦增大，軸瓦溫度升高。從解體后軸瓦的瓦面檢查情況以及金檢的結(jié)論，可以確定7#軸承與軸頸的接觸情況不是引起該瓦溫度異常的因數(shù)。

（3）機組大修期間，低壓缸處各軸承未進行上下調(diào)整，只進行左右微調(diào)，且調(diào)整后中心數(shù)據(jù)在廠家要求范圍，實測7#軸承的回油溫度約為50℃，與低壓缸的其他軸承回油溫度近似，因此可以排除軸承標(biāo)高對7#軸承溫度的影響。

（4）轉(zhuǎn)子的中心線在汽輪機的冷態(tài)、熱態(tài)、真空及潤滑油等影響，會產(chǎn)生微小的變化[4-5]。因此大型汽輪機組的軸承均使用自位式設(shè)計，以保證正常運行期間，軸瓦中心軸線與轉(zhuǎn)子中心線平行。若軸瓦球面自位能力弱［6］，軸瓦中心軸線與轉(zhuǎn)子中心線不并行，導(dǎo)致軸瓦沿軸向各受力面的載荷不均勻，載荷高的地方，油膜變薄，軸瓦金屬溫度高，情況嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)瓦塊局部磨損。隨著機組的負(fù)荷變化使該不平行度進一步增加，軸承的各承力面的溫度偏差將加劇，這與7#軸承表現(xiàn)出的異常狀況基本一致。由此判斷7#軸承上的溫度異常可能是由軸承球面自動調(diào)整能力差引發(fā)。

2.3 推導(dǎo)驗證[7]

軸承油膜因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦耗功（kW）用公式1表示：

式中Φ是阻力系數(shù)；ψ是側(cè)隙：ψ=ψm/（1-m）。ψm為軸承頂隙，m為橢圓度；W為軸承載荷；u為軸承的圓周速度。

若不考慮軸承散熱的情況和溫度分布對潤滑油粘度影響，按照軸承摩擦耗功與潤滑油帶走熱量的平衡方程，得出潤滑油溫度升高用公式2表示：

式中cp是在軸承平均工作溫度tm時潤滑油比熱［J/（kg·℃）］；ρ是在軸承平均工作溫度tm時潤滑油密度（kg/m3）；Q是軸承進油總流量。將公式1代入公式2，得出公式3。

由圖1所知，7#軸承軸瓦溫度測點A和測點B均安裝在7#軸承左右2個承載面的中間，且深度一致，反映的是2個承載面的軸承鎢金溫度，而軸瓦金屬溫度T取決于承載面的潤滑油的溫升。即由表1中各參數(shù)得知Ta＜Tb，則ΔTa＜ΔTb。其中Ta是A承載面的軸瓦溫度，Tb是B承載面的軸瓦溫度，ΔTa是A承載面的潤滑油溫度變化值，ΔTb是B承載面的潤滑油溫度變化值。

對于帶負(fù)荷運行期間的7#軸承來說，由于軸承的結(jié)構(gòu)不變，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速維持在3000 r/min，潤滑油進油溫度T0、進油壓力不變P0，則該軸承的阻力系數(shù)Φf，側(cè)隙ψ、軸承的圓周速度u以及潤滑油比熱cp、密度ρ和總進油量Q均為定值，從公式1和公式3分別得出：Na＜Nb，Wa＜Wb。式中Na是A承載面的摩擦耗功，Nb是B承載面的摩擦耗功；Wa是A承載面的載荷，Wb是B承載面的載荷。

2.4 分析結(jié)論

從以上推導(dǎo)得知，在機組啟動期間，7#軸承B承載面的摩擦耗產(chǎn)生的熱量大于A承載面，且B承載面處的載荷比A承載面處的載荷高，即B承載面底部油膜厚度比A處的薄，因此熱量集中，潤滑油帶走熱量較少，在B處承載面底部應(yīng)有局部高溫情況。與軸承解體檢查時顯示的“靠近溫度測點側(cè)B的軸承B承載面底部鎢金面有輕微發(fā)黑跡象”的現(xiàn)象吻合。因此可以判斷7#軸瓦溫度異常是由軸瓦球面自位能力失效，軸瓦中心軸線與轉(zhuǎn)子中心線不并行造成的。

3 處理方法

（1）加大7#軸承的球面間隙至廠家標(biāo)準(zhǔn)的上限值，同時在7#軸承軸瓦套上加工1條油槽（圖2），使球面間有潤滑油進入，增強球面的自位性能。

圖2 瓦套球面開槽形式及尺寸

（2）在軸瓦套與軸承箱中分面之間增設(shè)墊塊，墊塊位置見圖3。增加墊塊后，在不把緊軸瓦套與軸承箱中分面螺釘時，墊塊和瓦套存在輕微間隙。

圖3 軸承結(jié)構(gòu)示意圖

（3）在（1）、（2）狀態(tài)滿足條件下，著色檢查球面接觸，確保球面的頂部不接觸，尤其是局部硬接觸；同時在軸瓦體與軸瓦套在底部120°范圍內(nèi)（圖3）的接觸面積大90%，在上、下水平部位60°范圍內(nèi)內(nèi)球或外球不接觸，且在瓦體和瓦套的中分面結(jié)合處用塞尺檢查，保證0.02 mm塞尺可以塞入。

（4）軸承安裝完成后（軸承上半把緊在軸承箱上），將轉(zhuǎn)子微微頂起，用銅棒輕震瓦體上半的頂部端面，檢查軸瓦體側(cè)面在震前和震后的高差，以確定軸承下半球面可以輕微擺動。

通過采取以上處理措施，機組重新啟動并網(wǎng)帶滿負(fù)荷，7#軸瓦2個測點A，B的溫度最大偏差≤3℃，最高溫度≤90℃。

［1］杜東明，高洪濤.350 MW汽輪機軸瓦溫度高分析及處理[J].汽輪機技術(shù)2006，（12）：444-446.

［2］吳永海，康建國.660 MW汽輪發(fā)電機軸承溫度異常升高原因分析[J].河北電力技術(shù).2008，（02）：26-28.

［3］劉晶晶，焦軍政，楊竹青.汽輪機軸瓦溫度高的原因分析及處理[J].華電技術(shù).2013，（07）：42-46.

［4］劉道遠(yuǎn).300MW機組軸瓦溫度異常原因分析及對策[J].上海電力學(xué)報.2005，（09）：210-212.

［5］李守倫，張清宇.汽輪機軸瓦溫度高的原因分析及處理[J].熱力發(fā)電.2003，（03）：62-64.

［6］戴其兵，傅行軍.大型汽輪發(fā)電機組標(biāo)高對軸承載荷的影響[J].江蘇電機工程.2008，（2）：64-66.

［7］中國動力工程學(xué)會.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊（第二卷）汽輪機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.13