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軸承知識

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一起汽輪機軸瓦溫度異常事件

2018-01-29
國信揚電發(fā)電部
  摘 要:本文分析了某350MW機組運行中2號軸瓦溫度高的原因,闡述了影響可傾瓦溫度的關鍵因素,并通過調整軸瓦的載荷分配、合理選擇軸承的油隙、修刮可傾瓦的進出油楔等手段,使該軸瓦溫度明顯降低,確保了機組的安全運行。
  關鍵字:軸承;溫度;載荷;墊鐵
  某廠引進型350MW機組,為亞臨界一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸凝汽器汽輪機,該機組共有3個落地式軸承座,設有4個徑向軸承,其中:1、2號軸承為可傾瓦;3號軸承下半部為可傾瓦塊結構,上部為圓筒形軸承;4號軸承為圓筒形軸承,設有一只推力軸承,推力軸承布置在1號軸承座內。運行過程中#2徑向支持軸瓦溫度偏高,正常運行中在85℃左右,Z高達到91℃,且還有增大趨勢,設計95℃報警,105℃停機,2號軸瓦溫度高危及軸承使用壽命甚至損壞,嚴重影響了機組運行安全。
  1 影響軸瓦溫度的因素
  由于汽輪機軸承處在高轉速、大載荷的工作條件下,所以要求軸承工作必須安全可靠,且摩擦力小。為了滿足這兩點要求,汽輪機軸承都采用以油膜潤滑理論為基礎供油,由供油系統(tǒng)連續(xù)不斷的向軸承內供給壓力、溫度符合要求的潤滑油。轉子的軸頸支撐在澆有一層質軟、熔點低的巴氏合金上,并作高速旋轉,使軸頸與軸瓦之間形成油膜,建立液體摩擦,從而減小摩擦阻力。摩擦產生的熱量由回油帶走,使軸承溫度始終保持在合理的范圍之內。
  軸承的工作情況主要依據軸承溫度、軸承回油溫度、軸承振動、軸系的穩(wěn)定性等來衡量。影響軸瓦溫度的因素有:
  1)軸瓦烏金工作面有脫胎、損傷現(xiàn)象,或與軸頸接觸不均勻。若軸瓦有脫落、損傷會破壞油膜穩(wěn)定性,接觸不良會導致軸頸與軸瓦局部摩擦增大,軸瓦溫度升高。
  2)軸瓦載荷分配不均。軸瓦載荷分配不均造成的原因是轉子中心偏差、軸承座溫度和楊度變化、轉子受到向下的力過大、軸振動過大、轉速超過允許值、軸封漏汽引起軸承座標高發(fā)生變化等。對于動壓式滑動軸承,如果軸承載載過輕,軸承油膜過厚,油膜容易失穩(wěn)而發(fā)生油膜振蕩;如果軸承載荷過重,油膜容易破裂而產生軸瓦和軸頸局部干磨擦而使軸瓦溫度升高。
  3)軸承潤滑油溫度過高。油溫度過高或過低、潤滑油黏度不合格、油流量過大或過小、潤滑油短油、回油不暢、油質不良或油質惡化、潤滑油油壓力過低或過高、油流中或軸承內存在氣體或雜物、頂軸油管逆止閥不嚴油膜壓力下降等都會造成軸承潤滑油溫度過高,使得潤滑油失去潤滑冷卻效果,使軸瓦溫度升高。
  4)潤滑油量影響。軸承潤滑油有潤滑和冷卻功能,如果軸瓦進油量不足或排油不暢,使得運行中產生的熱量無法及時帶走,就會導致軸瓦溫度偏高。
  5)軸瓦油隙不合格也會造成軸瓦溫度高。軸瓦與軸頂部間隙過小,機組高速旋轉過程中緊力大,油膜受到破壞,導致軸頸與軸瓦烏金表面干摩擦,造成軸瓦溫度升高。
  6)缸熱量輻射影響。軸瓦附近若汽缸保溫效果不好,會導致汽缸熱量直接輻射軸瓦,導致溫度升高。
  7)軸瓦安裝有問題,使軸瓦球面自動調整能力差或進油孔處墊鐵接觸不好。軸承緊力過大、軸承底座墊片過多、可傾瓦墊塊方向裝反限制了活動范圍、軸承安裝偏斜、軸承與軸頸楊度不一致(不同心)等,都可能是軸瓦自動調整能力變差,從而使軸瓦溫度升高。
  8)溫度測量存在錯誤,軸承溫度測量系統(tǒng)異常。例如溫度測量元件損壞、溫度測量后補償方法或標準不對、安裝不正確、溫度補償系統(tǒng)受外界干擾等,都會使測溫產生誤差。
  2 軸瓦溫度升高的現(xiàn)象及分析
  2號軸承為密切爾式支持軸承,由四塊能在支點上自由傾斜的弧形瓦塊組成,上半軸承兩塊可傾瓦,下半軸承兩塊可傾瓦,瓦塊在工作時隨著轉速或載荷及油溫的不同而自由擺動,在軸頸四周形成多油楔。若忽略瓦塊的慣性、支點的摩擦阻力及油膜剪切摩擦阻力等的影響,則每個瓦塊作用到軸頸上的油膜作用力總是通過軸頸中心,故具有較高的穩(wěn)定性。但這種軸承結構在半圓內至少有兩個瓦塊以上,相對而言,其結構較為復雜,給制造、安裝和檢修技術增加了一定的難度。
  軸承的潤滑油由軸承底部的一個通道進入,通過軸承鍵中心的一個孔口進入軸承外殼的下半部,沿軸流向軸承外殼環(huán)狀空間兩端。油再從環(huán)形空間經6個孔口進入軸承瓦塊,沿軸頸分布,并從軸頸兩端排出,其中兩個位于軸承垂直中心線的頂部,兩個位于水平線上。在軸承的兩側均裝有油封環(huán),以防止?jié)櫥偷拇罅啃孤?,同時為了保證油封環(huán)的工作可靠,油封環(huán)上有一個油槽,并設有排油口,以使被阻擋的油很快排除。2號軸瓦結構如圖一所示。

圖一:2號軸瓦結構
1-軸承殼體;2-彈簧;3-平墊;4-球面墊;5-螺塞;6-防轉銷;7-油封體;8-螺栓;9-軸承瓦塊;10-油封體;11-定位銷;12-油封體
  1)機組運行中2號軸瓦數(shù)據及分析:
  機組正常運行過程中,2號瓦溫一般在85℃左右,夏天滿負荷Z高達到91℃,回油溫度偏高。2號軸瓦溫度高嚴重威脅了機組的安全運行。2號軸瓦溫度隨機組負荷變化曲線如圖二所示。
  圖二:2號軸瓦溫度隨機組負荷變化曲線
  由圖我們可以看到2號軸瓦溫度在機組各個負荷段都高。同時從整個機組運行參數(shù)來看軸瓦進油溫度和壓力都正常,其他軸瓦溫度都正常,回油溫度只有2號軸瓦偏高,則說明2號軸瓦自身存在缺陷,與機組潤滑油系統(tǒng)沒有關系,應從該瓦的載荷分配、節(jié)流孔板直徑、軸承油間隙及軸承合金澆鑄質量等方面查找原因,然后給予針對的治理。
  2)2號軸瓦解體檢修中發(fā)現(xiàn)的問題及分析:
  在機組B修中對2號軸瓦進行全面解體,解體發(fā)現(xiàn)2號軸承頂部間隙超標,設計值0.61-0.71mm,實測值0.78mm。并對中低對輪中心進行了復查,中低對輪全缸中心:下張口0.185mm,右張口0.165mm,高壓轉子低0.02mm,偏左0.035mm;半缸中心:下張口0.165mm,右張口0.185mm,高壓轉子低0.05mm,偏左0.055mm。設計值:高壓轉子低0.10mm,下張口0.158mm,其余外圓張口均≤0.02mm。高壓轉子偏高,右張口超標較多。
  軸承下部瓦塊烏金有輕微燒傷,無明顯劃痕,對軸瓦表面烏金進行著色檢查沒有發(fā)現(xiàn)脫胎和有裂紋現(xiàn)象。對應轉子軸頸表面也完好、無劃痕,測量軸頸橢圓度、錐度都在標準范圍內。
  對軸承下部墊鐵進行接觸檢查,發(fā)現(xiàn)帶來油孔的墊鐵與軸承座洼窩接觸不好。并對軸承節(jié)流孔板進行了檢查沒有發(fā)現(xiàn)異物,孔徑大小與設計值相符。
  通過對2號軸瓦解體分析,中低轉子中心偏差較大,高壓轉子偏高,造成2號軸瓦載荷大,是2號軸瓦溫度高的主要原因。
  3 處理措施
  綜合以上分析,結合機組的實際情況,現(xiàn)對2號軸瓦采取下列處理措施:
  1)適當調整2瓦標高,重新對軸瓦進行載荷分配。軸瓦的載荷分配就是我們通常所說的轉子找中,長期以來,一般將大修中聯(lián)軸器斷開,調整聯(lián)軸器端面和圓周偏差,稱為轉子找中心。這是一種誤解,對于半擾動性或固定式聯(lián)軸器而言,這種找正結果與兩個轉子是否同心沒有任何關系,而是在找軸瓦的載荷分配。真正的轉子找中心是在聯(lián)軸器連接螺栓擰緊的情況下,檢測軸頸的偏心值。
  本次擴大型B修包含了高中壓缸解體檢修,為徹底解決2號軸瓦溫度高創(chuàng)造了條件,因為處理針對軸承烏金溫度高的問題,Z好采用方法是重新進行載荷分配,調整汽封間隙。本次檢修調整2瓦墊鐵,減輕了該瓦的載荷。兼顧轉子楊度的同時調整中低聯(lián)軸器左右外圓及張口到標準范圍內。中低對輪全缸中心:下張口0.175mm,右張口0.0175mm,高壓轉子低0.10mm,偏左0.015mm。
  2)重新研瓦,使其墊鐵接觸符合軸瓦檢修工藝要求。既墊鐵與軸承座洼窩的接觸痕跡應占墊鐵總面積的75
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