2号汽轮机轴承温度异常分析及处理付克明

2号汽轮机轴承温度异常分析及处理付克明

付克明

（深圳妈湾电力有限公司广东深圳518000）

摘要：本文介绍了300MW汽轮发电机各轴承温度异常升高的情况，对异常现象进行原因分析，并就如何改善各轴承的运行状况、提高机组的运行可靠性处理方法和措施，供同类机组借鉴.

关键词：汽轮机；热量；处理

1、概况

我公司2号机为引进300-16.7/537/537型N300MW汽轮机，该机高中、低压转子有4个径向支持轴承，1个推力轴承。根据整个轴系各支承位置及负荷不同，4个支持轴承分别采取不同的形式，1.2号为可倾式轴承，3号为混合式轴承（下可倾，上圆筒），4号为圆筒式轴承。

2、事件经过

2006年2号机小修后，开机2个月运行正常，4号轴承金属温度在90℃以下，7月6日18∶00左右，4号轴承金属温度上升到98℃，最高温度上升达到101℃，运行一段时间后，4号轴承温度回到96℃，且轴振和瓦振一直处于优良状态，并连续运行到10月23日应调度要求停机。10月31日再次开机时，当汽轮机转速升至3000r∕min时，4号轴承金属温度高达99.5℃，并网带负荷后温度上升到103℃。开机温度出现异常后，查停机曲线，发现在10月23日停机时，汽机转速下降至588r∕min时，4号轴承金属温度超温高达132℃，汽机转速下降至280r∕min时，启动顶轴油泵，温度恢复到正常值。根据轴瓦金属温度，将负荷定在270MW，温度维持在104℃运行。11月8日，采用AGC方式调度，2号机负荷大幅度变化，引起4号轴承金属温度上升到106℃。为了维持运行，将机组负荷限制在240MW左右，且解除AGC，使负荷不发生变化，在维持运行期间，采取提高机组真空，调整轴瓦进油温度维持在38～39℃之间等措施，轴振、瓦振数据均在优良范围，检查润滑油回油滤网，发现有钨金碎末，在整个运行期间，轴瓦金属温度最高上升到108.3℃。调度安排停机后，对4号轴承进行了全面解体检查。4号轴承钨金有严重磨损现象，钨金表面发黑并起皮，部分钨金被挤压到顶轴油槽中，将钨金磨损部分修刮后，进行着色探伤没有发现裂纹，但钨金与瓦胎结合面有明显脱胎现象，检查中发现4号轴承顶轴油管接头已经断裂。

3、原因分析

从滑动轴承的润滑原理可知，汽轮发电机转子的全部重量通过轴颈支承在表面浇铸轴承合金的轴瓦上作高速旋转，这主要依靠轴颈与轴瓦之间产生的油膜，使轴瓦不被磨损或毁坏。例如2个相对的平面构成油楔，四周都充满油，当上、下平面作相对运动时，油楔中的油就向内挤压，此时油楔中的油就产生反作用力，将上面的物体稍稍抬高，于是在2个平面的油楔中建立起油膜，即2个物体相对运动时只发生油膜内的液体磨擦，同时，由磨擦产生的热量能及时被大量的润滑油带走，起到冷却作用。

轴颈在轴瓦内形成油楔，当轴瓦内加入润滑油后，轴颈转动，在轴颈下面建立起一层油膜，使轴颈在油膜上转动，起到润滑作用。另外根据油膜润滑理论，在油楔最小截面处产生最大油压，油压越高则产生的承载能力越大，同时轴承承载能力与轴颈的圆周速度、润滑油粘度、最小油膜厚度等因素有关，轴颈的圆周速度和润滑油粘度越大，轴承的承载能力越大。虽然油膜润滑时的磨擦力很小，但转子重量大，加上高速旋转，液体磨擦产生的热量很大，因此轴承内必须不断地加入一定的润滑油，以带走热量，冷却轴承，从而保证轴承的正常工作。

2号机4号轴承金属温度高，从设计上分析，此类型机组中心要求低压转子比发电机转子高0.203mm，下张口0.152mm，这样4号轴承承担了5号轴承的一部分负荷，加重了4号轴承的负荷。从比压分析来看，低压转子轴瓦偏高，因此钨金实际承受的比压要比计算值大得多，由于比压增加，使轴承的过载能力和应变能力明显下降。轴瓦的负荷分配，对轴瓦的温度是较敏感的，一般钨金在常温下承受较高压应力是不会产生塑性变形的，4号轴瓦在7月6日金属温度升高是在工作转速下发生的，这时气温比较高，凝汽器真空低，中心高差值比高真空运行时大，4号轴瓦上台，比压增高，在较高的转速下轴瓦发热量显著增加，从而引起轴瓦温度升到98℃左右，10月22日停机时，汽机转速下降至588r∕min号瓦金属温度超温高达132℃，主要是在停机过程中，当转速较低时，圆周速度较小，油膜承载能力较差，油膜形成不好，顶轴油泵未能及时启动，且4号轴承顶轴油管接头已经断裂，加重了油膜的承载负荷。

从结构上分析，4号轴承为3垫块支承的圆筒形轴承，虽然圆筒形轴承能承担较重的载荷，轴瓦设计比较单薄，下瓦只有2个支撑点，轴瓦装配时自位性能较差，容易造成轴瓦倾钭，在停机过程中由于机组差胀等运行参数发生较大变化，轴承的工作位置不在最佳工作位置，可能导致轴瓦接触不良。轴瓦钨金承受了过大的压应力使钨金温度升高而软化，在挤压应力下产生挤压变形，挤压变形的钨金首先将下瓦顶轴油槽处的钨金挤压成薄片，由旋转的轴颈带至和聚集在中分油隙处，当钨金温度过高，软化产生塑性变形或磨损时，高温的钨金积附在轴颈上，造成啃削下瓦钨金，使轴瓦造成严重的损坏，由于钨金的塑性变形和磨损破坏了正常的油楔，下瓦供油减少使钨金温度急剧升高。10月31日再次开机时，当汽轮机转速升至3000r∕min，4号轴承温度达99.5℃，并网带负荷后温度上升到103℃，后在运行中温度升高到108.3℃，是因为停机之前，轴瓦已经出现过严重超温，钨金已产生一定的磨损，使油楔遭到了一定程度的破坏，通过下瓦的进油量有所减少，加上顶轴油管接头断裂，使少量工作油泄漏，从而也降低了油膜刚度。轴瓦钨金长期在温度107℃左右运行，钨金虽然没有软化，但其强度将明显降低，转子在工作转速下运行，轴颈与钨金之间存在着一定厚度的油膜，轴颈和轴瓦之间存在着相对振动，转子上的激振力通过轴颈、油膜传给轴承座，使油膜产生了交变应力，这种交变应力传至钨金上，使钨金产生交变压应力，使已受损钨金表面形成细小的疲劳裂纹，进而高压交变的油膜压力楔入小裂纹，使小裂纹不断扩大贯通，钨金便形成碎块，这些碎块在交变的油膜压力作用下，便从瓦胎上脱落下来（从回油滤网中发现较小的钨金碎片）。

4、处理措施

根据4号轴承解体检查的情况，决定更换4号轴承。为了争取抢修时间，并确保抢修后瓦温和振动处于正常值，决定在低发中心不重新调整的情况下，采取以下措施：

a下调4号轴承标高0.05mm，以减小4瓦的负荷。在下轴承支架两侧挂耳处，分别抽去0.05mm垫片。更换新瓦前对旧瓦的原始数据进行仔细测量。主要测量的数据有轴颈的桥规值、油档洼窝中心、轴瓦间隙等重要技术数据。

b4号轴承的更换按以下标准执行：轴承支承垫铁采用旧瓦垫铁，轴承下部球面接触面积应大于75%，并且有2～3∕cm点接触，用0.02mm塞尺检查不入。轴瓦与轴颈接触角为60°且接触点分布均匀，轴瓦顶部间隙为0.97～1.00mm，球瓦顶部膨胀间隙0.18～0.20mm且间隙均匀，轴瓦侧部间隙为0.52～0.54mm，修刮时要光滑过渡，不允许出现台阶，且四角间隙相等，阻油边间隙应符合要求，轴瓦中分面用0.03mm塞尺检查不入.

c左右偏差以油档洼窝中心原始数据为准，上下偏差以桥规值原始数据为准，换瓦后数据恢复误差值为0.01mm，高差、左右的偏差调整瓦枕垫片，并将瓦枕临时垫片更换为一块同等厚度的正式垫片，正式垫片必须上磨床进行精磨处理，以保证轴瓦调整垫片接触良好，

d顶轴油管用无缝钢管重新加工制作，顶轴油进油接头改用铜垫片。

e系统进行彻底清理和检查，为确保机组启、停过程中不发生意外，将顶轴油泵启、停转速定在1200r∕min。

5结论

2号机4号轴承经检修完工后，在带满负荷过程中，轴承进油温度控制在规程规定的范围内，4号瓦金属温度最高为86℃，轴振动在0.05mm以下，轴承振动在0.03mm以下，机组运行稳定。