ALSTOM百萬級半速汽輪機推力軸承瓦溫異常分析

李祥奎，羅賢龍，付 晴，蔡 熹

（福建福清核電有限公司維修二處，福建福清 350318）

0 引言

汽輪機推力軸承是保證汽輪機安全運行的重要部件，主要是承擔蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并定位轉(zhuǎn)子的軸向位置，使轉(zhuǎn)子與靜止部分保持一定的軸向間隙。由于汽輪機通流部分的狀態(tài)、隔板等汽封間隙大小變化，使軸承上的軸向推力可能產(chǎn)生很大的變化。一旦軸向推力過大，推力瓦塊溫度將升高，使瓦塊上的烏金磨損燒壞，轉(zhuǎn)子發(fā)生超出限值的軸向位移，導致汽輪機通流部分發(fā)生動靜摩擦、磨損等事故。

某電廠4#機組為HNE089-6.43/280/269-H 型ALSTOM 百萬級半速汽輪機，為單軸、三缸、四排汽、沖動凝汽式汽輪機，該發(fā)電機組共有8 個支持軸承，1 個推力軸承，推力軸承位于高中壓缸電端的中壓軸承箱內(nèi)。該機組2017 年汽輪機調(diào)試沖轉(zhuǎn)期間，汽輪機轉(zhuǎn)速達到1500 r/min 時，推力軸承軸向力作用于反向推力瓦，但是正向推力瓦溫最高達到了70.0 ℃，明顯高于反向推力瓦溫度（58.7 ℃），也高于同類其他機組沖轉(zhuǎn)。根據(jù)經(jīng)驗值，判定有異常，影響機組后續(xù)安全可靠運行。

1 推力軸承瓦溫異常原因分析

1.1 推力軸承結(jié)構(gòu)

推力軸承由推力軸承瓦體、正向推力瓦塊、反向推力瓦塊、正向及反向彈性墊環(huán)、進出油道（箭頭標識的為潤滑油的流向）、與轉(zhuǎn)子相連的推力盤組成，主要作用是平衡機組運行期間的軸向推力[1]。汽輪機的推力軸承安裝在中壓軸承箱內(nèi)，機組正常功率運行時高壓蒸汽對轉(zhuǎn)子的推力指向機組發(fā)電機端，因此正向推力瓦塊受力。在正向推力瓦和反向推力瓦上各安裝2 個測量探頭檢測瓦溫，正向推力瓦測溫探頭為GGR341/343MT，反向推力瓦測溫探頭為GGR340/342MT。

1.2 正向推力瓦塊溫度異?，F(xiàn)象描述

2017 年4 月，該電廠4#機組汽輪機安裝結(jié)束后進行首次蒸汽沖轉(zhuǎn)，當至1500 r/min 狀態(tài)，正向推力瓦溫度明顯高于反向推力瓦溫度，最大溫差約12 ℃。技術(shù)文件要求推力間隙為0.20～0.30 mm，安裝竣工文件記錄該安裝推力間隙為0.23 mm、沖轉(zhuǎn)趨勢軸向位移為-0.21 mm，判斷轉(zhuǎn)子推力盤位置此時靠近反向推力瓦，轉(zhuǎn)子推力盤與正向推力瓦間隙大，正向推力瓦溫應(yīng)該低于反向推力瓦，但DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）畫面顯示正向推力瓦溫高于反向推力瓦。查詢1#～3#機組首次沖轉(zhuǎn)情況（表1），1#～3#機組正向推力瓦溫度與反向推力瓦溫度接近一致，或正向推力瓦溫低于反向推力瓦溫。判定該電廠4#機組首次沖轉(zhuǎn)推力瓦溫屬于不正?，F(xiàn)象，需分析排查。

表1 1#～4#機組首次沖轉(zhuǎn)軸向位移與推力瓦溫情況對比

1.3 正向推力瓦塊溫度異常原因分析

根據(jù)汽輪機推力軸承機械結(jié)構(gòu)及測溫回路分析，導致正向推力軸承瓦塊溫度異常[2]，可能的原因有：①溫度測量不準確；②進出油回路異常；③推力盤瓢偏不合格；④推力瓦塊受力不均或過大。

2 正向推力瓦塊溫度異常問題排查

2.1 推力瓦溫溫度測量不準確

現(xiàn)場將中壓軸承箱解體，儀控人員對測溫回路進行排查，測溫探頭回路、正向推力瓦與反向推力瓦測溫接線正常。在軸承壓蓋拆卸后發(fā)現(xiàn)，有3 根測量探頭存在彎曲（圖1）。由于軸承壓蓋、軸承體、推力瓦均為靜止部件，正常運行中有定位銷固定，排除軸承體相對移動導致的探頭彎曲。根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析，可能是由于安裝探頭時插入力度大，探頭在壓蓋和軸承體之間約5 cm 高的空間內(nèi)壓彎。熱偶式測量點在探頭端部，對測溫元件進行檢查標定合格。

根據(jù)檢查結(jié)果，認為推力軸承溫溫度測量準確不是正向推力軸承瓦溫異常的原因。

2.2 進出油回路異常

圖1 推力瓦溫探頭檢查示意

拆卸檢查前，手動檢查瓦塊能夠自由活動，瓦塊進油口尺寸20.0 mm，符合設(shè)計要求。推力軸承進油口浮環(huán)電端和汽端安裝方向分別為“┚┖”，出油口浮環(huán)安裝方向分別為“┗┛”，安裝方向正確（圖2）。測量進油浮環(huán)和在出油浮環(huán)間隙，發(fā)現(xiàn)出油浮環(huán)徑向間隙偏小，能夠在軸頸上自由轉(zhuǎn)動（表2）。由于軸承徑向排油，出油口在出油浮環(huán)外側(cè)，浮環(huán)與轉(zhuǎn)子軸頸的間隙值對推力軸承回油影響較小，不存在回油不暢、帶走熱量過少導致正向推力軸承瓦溫異常的現(xiàn)象。

圖2 油浮環(huán)

表2 進油浮環(huán)和在出油浮環(huán)安裝間隙

2.3 推力盤瓢偏不合格

汽輪機高中壓缸轉(zhuǎn)子推力盤瓢偏，在汽輪機沖轉(zhuǎn)期間，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子對推力軸承瓦塊產(chǎn)生沖擊性載荷，使推力軸承瓦塊局部受熱，造成推力軸承瓦溫異常現(xiàn)象?，F(xiàn)場對推力盤瓢偏進行測量，瓢偏均小于0.05 mm，滿足設(shè)計要求。

2.4 推力瓦塊受力不均或過大

推力間隙確定時，推軸的力過大將導致彈性環(huán)被壓縮，所測得的推力間隙大于實際推力間隙，可能造成運行時瓦溫過高，其他電廠同類機組已有相關(guān)經(jīng)驗反饋。4#機組安裝推力間隙確定時，參考了ALSTOM 最新版推軸程序，排除了彈性墊環(huán)變形導致推力間隙偏小和推力過大的可能性。

同時，如果推力軸承瓦塊或彈性墊環(huán)的厚度不均，每個瓦塊相對推力盤的平行度不一致，按照汽輪機推軸方案確定的推力間隙將會有誤差，得不到真實的推力間隙會導致推力瓦溫度過高。現(xiàn)場解體后測量，推力瓦塊厚度和對應(yīng)的彈性墊環(huán)的厚度理論厚度差均小于0.02 mm，滿足設(shè)計要求。測量推力瓦塊時發(fā)現(xiàn)，正向推力瓦上半、反向推力瓦下半有明顯的接觸痕跡，而正向推力瓦下半、反向推力瓦上半無明顯接觸痕跡。同步測量轉(zhuǎn)子推力盤與推力軸承瓦體之間平行度，平行度最大為0.29 mm（標準0.10 mm）。

根據(jù)機組特性，機組軸系完成安裝后各軸瓦揚度為定值，軸瓦結(jié)構(gòu)狀態(tài)不變，摩擦力為定值；推力盤與瓦塊之間的平行度偏差為f，則當中分面處瓦塊與推力盤正好達到理論零點時，間隙最小處的彈性環(huán)已經(jīng)產(chǎn)生大小為f 的變形量（圖3）。

圖3 推力軸承受力分析

其中，P 為壓力，F(xiàn) 為瓦塊受力，R 為瓦塊到中分面距離，x為瓦塊變形量，f 為變形量值，N 為瓦塊寬度，M 為瓦塊受力點的長度，h 為瓦塊高度，EN 是對瓦塊受力進行積分。

平行度相差0.01 mm，推力瓦軸向推力的影響為17.36 kN，局部受力過大導致受熱。所以，造成推力軸承瓦溫異常原因是由于推力軸承平行度超差、推力瓦受力不均。

3 推力軸承平行度超標處理方法

3.1 推力軸承平行度調(diào)整

綜上所述，排除了溫度測量不準確、進出油回路異常、推力盤瓢偏的因素，確定推力瓦塊受力不均或過大導致推力軸承瓦溫異常。根據(jù)推力軸承瓦體結(jié)構(gòu)及推力軸承墊片布置方式，推力軸承瓦體墊片上下對稱，電側(cè)與汽側(cè)對稱各8 個。通過先調(diào)整下半瓦體兩側(cè)墊片，按照下半對稱反向增減上半瓦體兩側(cè)墊片，增減墊片完成后將下半瓦體翻入（表3）。通過調(diào)整推力軸承兩側(cè)調(diào)整墊片的方式來改變推力軸承瓦體的平行度，復查浮動擋油環(huán)活動自由，復測推力軸承平行度最大0.09 mm，滿足要求。

表3 推力軸承調(diào)整墊片的調(diào)整情況mm

回裝上半瓦體，并通過壓鉛絲方式檢查推力軸承壓蓋與瓦體的配合要求（最大過盈0.028 mm，最大間隙0.153 mm），避免一端出現(xiàn)過盈、另一端出現(xiàn)間隙的情況，推力軸承體變化不均。

3.2 推力軸承平行度調(diào)整后瓦溫情況

推力軸承平行度調(diào)整結(jié)束后，機組功率變化期間對推力瓦溫加強監(jiān)視，4#機組再次沖轉(zhuǎn)后，1500 r/min 平臺，推力軸承正向推力瓦溫為63.0 ℃、反向推力瓦溫為61.2 ℃，瓦溫明顯優(yōu)于非核蒸汽沖轉(zhuǎn)。機組滿負荷后觀察推力軸承正向推力瓦溫度最大升高至72 ℃，反向推力瓦溫度為58.6 ℃，小于推力瓦報警溫度95 ℃，與同類機組一致。同時，在功率變化期間推力瓦工作面溫度差最大為7 ℃，小于報警溫差20 ℃。各功率平臺期間推力軸承瓦溫情況詳見表4。

表4 功率變化期間推力軸承瓦溫度 ℃

通過調(diào)整推力軸承背部調(diào)整墊片，在機組沖轉(zhuǎn)至1500 r/min 時，未出現(xiàn)推力盤貼近反向推力瓦時，正向推力瓦溫度高的異?，F(xiàn)象，在0%～100%FP（指示功率）運行期間，推力軸承瓦溫度未見異常，解決了推力軸承瓦溫異常的問題。

4 結(jié)論

汽輪機推力軸承是汽輪機安全運行的重要部件，通過對推力軸承解體檢查，排除了溫度測量不準確、進出油回路異常、推力盤瓢偏對推力軸承瓦溫異常的影響，確定推力軸承瓦溫異常是平行度超差，推力瓦塊受力不均導致。通過重新調(diào)整推力軸承背部調(diào)整墊片的方法解決了推力軸承瓦溫異常的問題，經(jīng)機組功率試驗證明該方法切實有效，為同類型機組的設(shè)計、安裝以及維修人員有借鑒作用。