五塊可傾瓦軸承的測量與檢修

孫鵬浩

華能應城熱電有限責任公司，中國·湖北 孝感 432406

1 引言

可傾瓦軸承也叫自動調整中心式軸承。瓦塊可以在支撐點上自由傾斜，在油膜作用下，每個瓦塊可以單獨自由地調整位置，以適應軸承轉速、軸承負載等動態(tài)條件的變化，在軸徑周圍形成多油楔。如果忽略瓦塊慣性、支點摩擦及油膜剪切內摩擦力等影響，可以認為這種軸瓦每一瓦塊的油膜作用力均通過軸徑中心。因沒有可引起軸心滑動的分力，這種軸承具有極高的制動性，且當外部發(fā)生變化使軸徑中心瞬時離開平衡位置時，瓦塊可以繞支點偏轉自動調整到平衡位置，能有效避免油膜自激振蕩及徑向振蕩，對于不平衡振動有較好的限制作用。

可傾瓦軸承結構復雜、軸承摩擦損失小、安裝檢修工藝較高，合理的測量方法以及檢修工藝對軸瓦穩(wěn)定性具有重要意義。汽輪機軸瓦穩(wěn)定性中可傾瓦最好，橢圓瓦、三油楔軸承、圓筒瓦依次次之[1]。

2 五塊可傾瓦軸承

五塊可傾瓦軸承具有上二下三、上三下二兩種布置方法。上三下二的布置方式，主要載荷會由下面兩瓦塊承受，且下面兩塊瓦預負荷相同，同時抑制轉子，穩(wěn)定性與承載能力會提高，上三下二布置方式如圖1所示。

圖1 五瓦塊軸承結構圖

此種可傾瓦軸承采用BHW軸承，可傾瓦塊背弧圓柱銷及圓柱銷內孔在公切圓2/3弧度位置處，可傾瓦塊在自由狀態(tài)下以圓柱銷為支點可以多方向活動，其圓柱銷作用是為了汽輪機轉子沖轉時行成油膜而作為支點方便可傾瓦塊靈活活動，并非瓦塊支撐受力面。瓦塊支撐受力面在瓦背弧1/3處。瓦塊示意圖如圖2所示。

圖2 可傾瓦塊背弧位置示意圖

五塊可傾瓦軸承可應用于無盤車裝置的給水泵汽輪機，在給水泵汽輪機冷、熱態(tài)啟動升速過程中，瓦塊與軸之間充滿油膜，可承受177r/min的速度變化值，便于撓性轉子快速通過一階臨界轉速。圓柱銷的存在，對軸瓦間隙的測量造成一定影響。軸瓦間隙是五個軸瓦的公切內圓直徑與主軸直徑之差。徑向間隙的設計要求應為D1＜D＜D2，D1、D2為設計徑向間隙的下、上限值，D為實際徑向間隙值。

某給水泵汽輪機φ150徑向可傾瓦軸承采用此型軸承，因檢修過程中圖紙缺少可靠性數(shù)據(jù)而引起檢修工藝偏差，造成軸瓦瓦溫高，限制機組運行出力。為保證運行系統(tǒng)應具有的功能或固有的可靠性為目標，對組成系統(tǒng)的設備維修需求進行分析和決策，確定維修方式重新對軸瓦進行檢修，最終恢復設備健康狀態(tài)。軸瓦瓦溫見表1。

表1 軸瓦溫度表

3 測量方法與檢修工藝

3.1 測量方法

可傾瓦軸承軸瓦間隙的測量方法有壓鉛絲法、抬軸法、抬瓦法、測量法、假軸法。主要對現(xiàn)場實際應用廣泛的壓鉛絲法進行研究。

上三下二結構形式的可傾瓦，在用壓鉛絲方法測量軸瓦間隙時，兩個下瓦塊作為支撐受力面，軸頸并非完全壓在下瓦塊公切圓上，下瓦瓦塊以定位銷作為支點轉動一定角度，軸頸會進一步下沉，直至轉子與下瓦塊重新達到靜平衡。此時采用壓鉛絲法所測量鉛絲厚度的讀數(shù)值大于徑向間隙的實際值。在采用此方法時鉛絲厚度應符合以下公式：

式中，α——瓦塊公切圓中心線與軸頸中心的夾角；D鉛絲——鉛絲厚度的平均值。

五瓦塊可傾瓦α=36°，即1.1D1＜D鉛絲＜1.1D2。

此種類型可傾瓦在進行間隙測量時要注意以下事項：

①軸承安裝體壓蓋螺栓要對稱均勻上緊，軸承安裝體中分面用0.05mm塞尺檢查應無間隙，鉛絲測量位置宜為瓦塊公切圓中心線位置處，并取其平均值。以減少瓦塊轉動而造成的讀數(shù)誤差。

②所選用的鉛絲要注意硬度、鉛絲直徑與鉛絲的擺放位置，避免因擺放的鉛絲硬度過大造成變形量過小而影響測量數(shù)據(jù)。

③壓鉛絲測量值與頂部間隙真實值之比是一個與軸徑無關的常數(shù)，僅與可傾瓦塊數(shù)有關，即與α有關。

④測量數(shù)據(jù)時，要由同一個經(jīng)驗豐富的人采用同一個螺旋千分尺進行測量，以減少測量誤差。測量前要確保量具的準確性。

⑤測量軸承壓蓋與軸承體緊力時不得與測量軸瓦間隙同時進行。

⑥此軸承安裝體與軸承之間的配合為H7/h6，φ240H7/h6的配合間隙為0～0.075mm，該配合間隙為軸承安裝體與軸承機械生產(chǎn)時產(chǎn)生的間隙，可采用涂紅丹方法驗證是否存該間隙值。同時，在測量軸承壓蓋與軸承體緊力時要將軸承安裝體與軸承之間的配合間隙考慮在內。示意圖如圖3所示。

圖3 五瓦塊軸承配合間隙圖

⑦最終調整軸瓦頂部間隙時要將軸、軸承、軸承安裝體、軸承壓蓋之間幾組數(shù)據(jù)綜合分析考慮。從而在源頭上解決軸振大，瓦溫高等影響機組出力問題。

⑧瓦溫高原因。此軸承安裝設計參數(shù)為頂部間隙0.27～0.335mm；軸承安裝體與軸承配合間隙0～0.075mm；軸承壓蓋與軸承體過盈配合，緊力為0.03～0.05mm。修前因圖紙資料中沒有給出軸承安裝體與軸承的配合間隙，測得軸瓦頂部間隙0.33mm，壓蓋緊力0.05mm。此種配合間隙下在機組負荷237.9MW時，給水泵汽輪機軸瓦溫度達到93.3℃，軸瓦溫度高限制了機組的運行出力。其軸瓦溫度高原因系由于因忽略軸承安裝體與軸承的配合間隙，考慮測量緊力時軸承安裝體的變形量對軸瓦頂部間隙造成的影響，實際頂部間隙約為0.22mm，頂部間隙過小是造成瓦溫高的主要原因。修后在測量軸承安裝體與軸承配合間隙時，制作合適尺寸的不銹鋼墊片放在軸徑正上方，相當于增加軸承剛性，減少軸瓦變形。最終經(jīng)調整使軸瓦頂部間隙在0.28～0.31mm之間，機組負荷353MW時，給水泵汽輪機軸瓦溫度最高83℃，有效地降低了軸瓦溫度，提高了機組運行可靠性。

3.2 檢修工藝

可傾瓦塊在設計和制造時，具有較高的精度和表面光潔度，瓦塊在加工完畢后，瓦塊內徑表面不允許有任何大的修刮或挫削，以保持瓦面與軸徑能形成良好的均勻接觸面，達到理想的使用效果。若在運行中因潤滑油系統(tǒng)故障造成軸瓦烏金面過熱磨損或烏金面過熱熔化堆積而露出金屬瓦胎并與轉子軸徑發(fā)生干磨等事項。應做如下事項[2]：

①檢修時應檢查每一個瓦塊的磨損情況，用千分尺測量瓦塊中心厚度，如瓦塊厚度不均，則說明有磨損，瓦塊厚度允許偏差為0.03mm。

②若發(fā)現(xiàn)烏金磨損較嚴重，應更換原廠可傾瓦塊，這樣可以確保瓦塊內表面烏金符合質量要求，同時確保瓦塊的靈活性，結構上同時保證瓦塊的自由擺動，確保其瓦塊靈活性。更換的新瓦塊應用著色法檢查烏金承力面，應無夾渣、氣孔、凹坑、裂紋等缺陷，用超聲波檢查可傾瓦塊無脫胎。

③制作一根假軸，假軸直徑取為轉子軸徑與頂部間隙下限值之和。舉例說明，如φ150的軸徑、頂部間隙0.27～0.335mm，則假軸直徑φ150.27mm。將瓦塊放在假軸上進行紅丹檢查，瓦塊上接觸面積應達75%以上并均勻分布無傾斜。將軸承與假軸進行組合裝配，軸承安裝體中分面0.05mm塞尺不入，轉動假軸，對瓦塊進行紅丹檢查。若瓦塊接觸面積達到75%，此瓦的間隙即在設計值標準范圍內。采用假軸可以減少反復翻瓦扣瓦的工作量，并能減少因測量、變形及其他因素引起的間隙誤差，保證檢修質量、縮短檢修時間、提高工作效率。

4 RCM可靠性管理

國家軍用標準GJB-1378A—2007《裝備以可靠性為中心的維修分析》中，RCM定義為：按照以最少的維修資源消耗保持裝備固有可靠性水平和安全性的原則，應用邏輯決斷的方法確定裝備預防性維修要求的過程。要達到以下目標：保持裝備固有可靠性水平和安全性；確保當裝備的安全性和可靠性水平下降時能使其恢復到固有水平；對固有可靠性水平不能滿足需要的部件，為改進設計提供必要的信息[3]。

通過監(jiān)測位置、監(jiān)測內容、監(jiān)測周期、監(jiān)測方法、監(jiān)測標準等狀態(tài)監(jiān)測的不斷優(yōu)化，采集設備運行過程的狀態(tài)信息，篩選出反映設備故障存在的潛在性信號，提高檢修人員分析故障的能力，逐步將檢修方式從事后檢修、計劃檢修、預知檢修轉變?yōu)闋顟B(tài)檢修。如在開機過程中加強對檢修過的給水泵汽輪機軸瓦溫度監(jiān)測頻率，雖然在機組負荷237.9MW時其軸瓦溫度為93.3℃，小于報警值95℃，沒有立即影響整個機組的安全，但對機組安全存在較大威脅，控制機組出力在250MW，避免高負荷運行瓦溫過高。利用調停期間，對軸瓦進行復修，使機組出力恢復至350MW，提高了設備的可靠性和安全性，增強了經(jīng)濟效益。

狀態(tài)檢修應杜絕“多維修，多保養(yǎng)，多多益善”這種檢修理念，著手于在保證安全生產(chǎn)安全性和設備可靠性的條件下，采取科學的檢修方法，降低日常維護工作量，提高資產(chǎn)的使用率。

5 結語

可傾瓦軸承安裝質量關系到機組的安全穩(wěn)定運行，軸承金屬溫度高不僅會造成軸瓦表面烏金部分磨損，而且會引起汽輪發(fā)電機組損壞等嚴重后果。檢修過程中對設備認知的熟悉程度、數(shù)據(jù)標準的準確性，測量過程中消除變形誤差，正確的檢修工藝將有效地解決軸振大、瓦溫高等問題。論文對五塊可傾瓦軸承測量所采用的壓鉛絲方法已在實際生產(chǎn)中得到證實與應用，有針對性的檢修處理措施是保證機組運行可靠性的必要途徑。