淺談汽輪機軸瓦、軸頸磨損的分析與預防
2012-04-27作者：周建平
（天津藍巢電力檢修有限公司）
摘 要：汽輪機組作為發電廠重要組成部分，其軸瓦、軸頸磨損對于整個發電系統都有著重要的影響，為加強汽輪機組日常保養與維護，文章就汽輪機軸瓦、軸頸磨損的分析與預防進行了簡要的論述，對電廠的安全運行具有一定的借鑒意義。（天津藍巢電力檢修有限公司）
關鍵詞：汽輪機；軸瓦、軸頸磨損；分析；預防
汽輪機由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，故障時常出現，這嚴重影響了發電機組的正常運行。而汽輪機組軸瓦、軸頸磨損是故障中較為常見的一種。機組的軸瓦、軸頸磨損往往受多方面的影響，跟機組本體有關的任何一個設備或介質都可能是機組軸瓦、軸頸磨損的原因，比如過負荷、蒸汽品質、振動、油質、誤操作等等。因此，只有查明原因才能對癥維修及預防，汽輪機組軸瓦、軸頸容易磨損的主要是推力軸瓦和支持軸瓦，具體分析如下：
1 推力軸瓦燒損的原因
①推力軸承過負荷，發生推力瓦塊燒損事故。福建可門電廠600MW超臨界機組是上海汽輪機有限公司引進美國西屋公司技術生產制造的超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式汽輪機。在2008年4月25日至2008年6月4日期間，對#2機組推力瓦溫度高解體檢修。經檢查發現，推力間隙過大，達到0.62mm。原因分析：推力軸承電側調整環墊片薄，原墊片厚度8.40mm。處理方法：加工調整環墊片厚度為8.68mm，經處理后推力間隙為0.29mm，符合設計要求0.25mm～0.38mm，且機組啟動后推力瓦溫度正常。②汽輪機發生水擊或蒸汽濕度下降后處理不當。③蒸汽品質不良，葉片結垢。④機組突然甩負荷或中壓缸汽門瞬間誤關。 ⑤ 油系統進入雜質，使推力瓦油膜破壞。
推力瓦燒損的事故征象主要表現為軸向位移大，推力瓦烏金溫度及回油溫度升高，機器的外 部特征象是推力瓦冒煙。
2 支持軸瓦燒損的原因
2.1 運行中進行油系統切換時發生誤操作，而對潤滑油壓又未加強監視，當潤滑油壓降低，使軸承斷油，造成燒瓦。
2.2 機組啟動定速后停調速油泵，未注意油壓，由于射油器進空氣工作失常，使主油泵失壓，潤滑油壓降低而又未聯動，幾個方面結合在一起，使軸承斷油，造成軸瓦燒損。
2.3 油系統積存大量空氣未及時排除，使軸瓦瞬間斷油。
2.4 汽輪發電機組在啟動和停止過程中，高、低壓油系統同時故障。
2.5 主油箱油位降到 零以下，空氣進入射油器，使主油泵工作失常。
2.6 廠用電中斷，直流油泵不能及時投入。
2.7 檢修時，油系統存留棉紗、鐵銹等雜物，使油管堵塞。
在2007年6月8日至6月15日對福建華電可門火電廠#2汽輪機組#5軸瓦溫度高解體檢修。
解體發現如下：①#5軸瓦上瓦(靠汽端)彈簧斷裂；②#5軸瓦上瓦塊A側(汽端)邊角處烏金有裂紋；③#5軸瓦上瓦枕兩球面銷孔局部磨損，有卷邊，A側較嚴重；④#5瓦軸頸 磨損嚴重，Z深有約2mm溝痕。
原因分析：①發現軸承箱有烏金末、鋼絲濾網碎片等雜質，軸承進雜質，增加摩擦，使軸承發熱；②#5瓦下瓦墊鐵與軸承洼窩配合不好引起振動。
2.8 軸瓦在檢修中裝反或運行中移位。
2.9 機組振動強烈，使軸瓦烏金研磨損壞。
造成機組振動的原因有：轉子不平衡的離心力；聯軸節缺陷或轉子中心偏差；發電機電磁力不平衡；軸承油膜自激振蕩；蒸汽振蕩；轉子熱變形、熱彎曲；摩擦振動;軸承座不穩固等。
2.10 由于檢修、安裝質量不良，使軸瓦間隙、緊力不合適，造成軸承潤滑不良。福建華電可門火電廠#3汽輪機自2009年7月24日起，#9瓦X、Y方向軸振多次出現異常上下波動，尤其X 方向振動波動較大，8月17日，#9瓦X向軸振Z高達420μm，超過了跳機保護值254μm，嚴重影響到機組的安全運行。就地聽音檢查有異音，懷疑軸瓦有在動。8月17日20時，#3機開始滑停并于8月18日17時開始解體#9瓦，并對發現的問題進行處理。25日凌晨7∶44，#3機汽輪機開始沖轉，8∶46達3000rpm，#9瓦X、Y方向軸振分別為46μm和44μm，至25日下午17∶30，#3機負荷300MW，#9瓦X、Y方向軸振分別為46μm和45μm，達到了良好值。
原因分析如下：
2.10.1 直接原因：#9瓦瓦枕無緊力，下瓦有一側墊鐵騰空，下瓦放入前與放入后轉子位移量太大，水平位移量達0.15mm，大大超過標準0.05mm。而后期隨著#9瓦軸振的不斷增大，整個軸瓦發生竄動，使得#9瓦軸瓦防轉銷絕緣套損壞，導致了#9瓦絕緣不合格，使得振動進一步擴大。
2.10.2 根本原因：#3機安裝時各測量數據不符合要求，主要是：①軸承座安裝位置未調整好，導致下瓦放入前后轉子位移量太大，水平位移量達015mm，大大超過標準0.05mm，從而使轉子平衡發生變化，產生激振力；②墊鐵接觸情況未檢查，接觸較差且有一側騰空，瓦枕無緊力 ，導致支持剛度不足，使軸振進一步擴大。
存在問題：機組在基建時驗收把關不嚴，導致安裝質量較差。
2.11 潤滑油油質不良(含水、有雜質顆粒等)或供油量不足。
2.12 油中進水，使油質乳化變質。供油系統進水一般是由于汽輪機高壓端軸封漏汽壓力過大或軸封供汽壓力調整不當，使蒸汽通過軸承的擋油環進入供油系統而造成的。供油系統進水后，將引起潤滑油乳化，腐蝕調節系統的各個部件，導致調節系統發生事故，且影響軸承的潤滑。
2.13 軸瓦合金質量差或澆鑄質量差。
2.14 軸瓦負荷分配不合理。
2.15 頂軸油壓系統工作不正常。
軸瓦燒損事項的象征是，軸瓦烏金溫度及軸承回油溫度急劇升高，一旦油膜破壞，機組振動增大，軸瓦冒煙，此時應立即手打危急保安器，破壞真空緊急停機。
3 汽輪機軸瓦、軸頸磨損預防控制措施
為防止軸瓦燒損，運行時應采取的技術措施如下：
3.1 運行中當發現軸向位移逐漸增加時，應迅速減負荷使之恢復正常，并經常檢查汽輪機運行情況，傾聽機組有無異音，測量振動。如果軸向位移增大，推力瓦塊溫度急劇升高，伴隨有不正常的噪音和振動，或軸向位移超過規定值時，應迅速破壞真空緊急停機。運行中要嚴密監視軸瓦鎢金溫度和回油溫度，推力瓦的鎢金溫度一般不得超過85℃～90℃，回油溫度一般不得超過70℃，溫度異常升高時，應按規定果斷處理。
3.2 為保證油泵和聯動裝置的可靠性，潤滑油泵的電源必須安全可靠，調速油泵和交流油泵的電源由兩段廠用電分供，以防兩臺油泵同時失去電源。
3.3 油系統切換操作時，應在監護下按操作票順序緩慢進行，操作中應嚴密監視潤滑油壓變化情況，嚴防切換操作中斷油燒瓦。
3.4 停機時應設專人監測潤滑油壓和軸瓦溫度。
3.5 冷油器出口等潤滑油壓力管道上不準裝設濾網。
3.6 機組啟動定速后，停用調速油泵時，要緩慢地關閉出口門，設專人監視主油泵出口油壓和潤滑油壓的變化。發現油壓降低時，立即通知操作人員開啟油泵出口門，查明原因，采取相應措施。
3.7 避免機組在振動不合格的情況下長期運行。
3.8 當發現汽輪機通流部分有積垢的現象時，應根據監視段壓力限制負荷，及時采取改善蒸汽品質等技術措施。
3.9 運行中可采取下列措施來防止供油系統進水：①保持冷油器油側壓力高于水側壓力，防止銅管泄漏時水漏入油中；②軸封壓力調整器工作可靠，能按規定壓力供汽。
3.10 嚴格按照《汽機運行規程》的要求，執行油泵的定期工作，保證油系統的備用設備處于良好狀態，機組啟動前，低油壓聯鎖必須投入。
3.11 冷油器倒換時，必須有班長在場監護，倒換過程中，操作要緩慢，嚴密監視潤滑油壓的變化，嚴防在切換過程斷油。
3.12 運行過程中，嚴密監視系統的信號裝置;在啟動前檢查各裝置齊全后，才可啟動。
3.13 加強軸瓦振動的監視，機組突然發生強烈振動或清楚地聽到汽缸內有金屬摩擦聲，應破壞真空，緊急停機。
3.14 定期試驗低油壓聯鎖。潤滑油壓降至0054MPa，交流潤滑油泵自投，降至0039MPa時，直流油泵自投。交流潤滑油泵在檢修狀態時，潤滑油壓降至0054MPa，直流油泵自投，潤滑油壓降至0029MPa時，發緊急停機信號。潤滑油壓至0015MPa時連續盤車自動停止。
4 為防止軸瓦燒損，檢修時應采取的技術措施
4.1 軸承進行解體檢查、清理時，除檢查軸承墊鐵、瓦塊、烏金等部件是否存在質量問題缺陷外，還要對軸承上的鐵屑、毛刺等進行清理打磨，各油孔、螺栓孔等空洞內要用清洗劑清洗并用壓縮空氣吹干，軸承油孔在施工過程中要進行封堵，防止異物進入；同時，安裝或 檢修時，解體軸瓦后均安排對各瓦烏金進行PT檢測，防脫胎。
4.2 軸承復裝時嚴格執行汽輪機驗收規范中關于軸承安裝的技術要求，并嚴格執行汽輪機廠的安裝說明書及圖紙中有關軸承安裝的具體技術細節，對間隙。過盈等數據的測量調整要嚴格按照技術要求進行，對超出技術標準的有關數據要認真分析原因，并聯系汽輪機廠技術人員制 定措施進行處理。
4.3 復裝前對軸承座及內部油管、接口等進行解體、清理檢查。確認無異物后用膠布對油管口進行封堵。
4.4 汽輪機找中心，其目的：使汽輪發電機組各轉子的中心線連成一條連續光滑的曲線;各軸承負荷分配符合設計要求；使汽輪機的靜止部件與轉子部件基本保持同心；將軸系的揚度調整到設計要求。汽輪機找中心的Z終目的是機組振動指標合格。
4.5 汽輪機軸系找中心過程中，各軸承的標高按照汽輪機廠技術要求進行調整后，要進行軸承墊鐵的研磨，保證接觸面積達到75%以上，確保軸承的穩定。
4.6 汽輪機在扣缸前，要對各軸承進行徹底的清理、檢查，清除內部雜質，并清除各油口的封堵物，防止進回油管路的堵塞。
4.7 加強安裝過程記錄監控：汽缸，軸承座與臺板間接觸記錄；汽缸，軸承座清理，檢查(含滲油試驗)記錄；汽缸，軸承座水平度，揚度，及軸頸揚度記錄；軸瓦安裝記錄；推力瓦安裝記錄。
4.8 檢修后汽輪機潤滑油系統進行油循環時，各軸承進油口要與軸承座油口錯開，防止不合格潤滑油進入軸瓦。
4.9 檢修時要徹底清理油系統雜物，調整好汽封間隙，防止油中進水，保證油質良好，規范安裝和檢修等管理，避免遺留雜物堵塞管道。
4.10 大、小修時有揭瓦檢查時，若軸徑有輕微磨損，均對軸徑采用油石、金相砂紙表面打磨，形成圓滑過渡，確保問題不擴大。
4.11 消除油膜振蕩，其處理方法有：①增大比壓；減小軸頸與軸瓦之間的接觸度；②降低潤滑油的黏度；③在下瓦適當位置上開泄油槽，降低油楔壓力；④調整軸承間隙，對于圓筒瓦及橢圓瓦，一般減少軸瓦頂部間隙，增大上瓦的烏金寬度，可以增加油膜阻尼；⑤消除 轉子不平衡。
4.12 重點檢查頂軸油管焊縫(PT檢查)裂紋及頂軸油管接頭，確保頂軸油管不松脫。
4.13 將高壓軸封間隙調整合適，保證軸封漏汽管通暢;若軸封片磨損，間隙增大時應及時修復。
4.14 定期化驗油質，發現油中有水時應及時過濾，并查明原因及時處理。
4.15 定期補油，向油箱補充油時應慢慢注入，防止雜質進入油箱。
5 總結
針對以上導致汽輪機軸瓦、軸頸磨損的種種原因進行分析及預防，既是維修汽輪機軸瓦、軸頸磨損的關鍵，也是機組能夠正常運行的關鍵。
參考文獻
[1] 陳汝慶.汽輪機原理及運行[M].北京：中國電力出版社,2000.
[2] 郭延秋.大型火電機組檢修實用技術叢書/汽輪機分冊[M].北京：中國電力出 版社，2007.
[3] 編委會.火電廠汽輪機運行調試檢修與維護技術手冊[M].長春：銀聲音像出 版社，2004.
來源：《內蒙古科技與經濟》