發電機組滑動軸承安裝失誤導致的故障

2012-05-23

作者：宋子義
（勝利油田電力管理總公司孤北熱電廠）

　　摘　要：檢修實踐中發現幾起因軸承安裝失誤引起的碾瓦、燒瓦、軸系振動等故障，總結分析原因，提出正確安裝和檢修方法。
　　關鍵詞；滑動軸承；軸瓦；安裝

　　采用滑動軸承的發電機組，軸承安裝及檢修質量的好壞，將直接影響軸承油膜的工作狀態及剛度，進而影響到整個機組的安全運行。在發電機組檢修實踐中，產生軸瓦損壞、軸系振動等事故，多數是因為安裝、檢修工藝不當，質量要求不高造成的。
　　一、軸瓦安裝偏斜引起碾瓦事故
　　某發電機球形瓦，運行中出現振動大、嚴重碾瓦事故。檢修時發現該瓦的方頭制動銷存在加工誤差，軸瓦落于瓦座后，制動銷與銷槽有一面被卡死，造成軸瓦安裝偏斜，且偏斜量較大，測量數據見表1。

表1　新、舊瓦安裝間隙　mm

　　此瓦雖為球面瓦，且瓦背間隙符合規范要求，但由于制動銷軸向被卡死，使此瓦失去自調正功能。從表1可以看出，舊瓦瓦口間隙沿軸頸方向偏斜0.07mm（前左－后左＝0.08mm，前右－后右=0.06mm），即軸瓦的中心線與軸頸的中心線偏斜0.07mm。運行時，油楔間隙沿軸向不相等，油膜壓力也就不相等，在壓力高處，高速旋轉下的軸瓦摩擦發熱量顯著增加，當此發熱量不能被潤滑油流帶走時，產生熱量積聚，烏金溫度會升高，軸瓦產生一定的碾壓變形。當碾壓變形使油楔進一步破壞時，烏金溫度會進一步升高，產生更大的塑性變形。塑性變形使油楔進一步破壞，烏金溫度進一步升高，Z終產生碾壓破壞。另外，該瓦在以前檢　修時曾修刮過，刮瓦工藝控制不當，不能保證運行時建立起良好的潤滑油膜，油膜的剛度和抗振性能下降，加速碾瓦過程。
　　按照規范要求，軸瓦的制動銷能將軸瓦恰當制鎖，不能卡死。安裝新瓦時，烏金未進行修刮，將制動銷側面磨掉1.3mm，使其在銷槽內有約1mm的間隙，滿足運行時球面自調正的活動余量，各間隙調整值見表1。機組投入運行后，油溫、瓦溫、振動等參數均正常。
　　二、軸頸與軸瓦不對中引起燒瓦事故
　　某汽輪機大修后啟動運行，軸向振動達240μm，徑向振動也較大，未帶負荷前將軸瓦燒掉，為軸頸與軸瓦不對中所致。該汽輪機大修后轉子及軸承箱揚度值見表2。

　　
表2　軸承箱揚度值　mm/m

　　從表2可以看出，1#、2#軸頸的揚度與軸承箱揚度都存在較大偏差。瓦背與軸承蓋采用緊力配合，軸頸落在軸瓦上后，承力面存在一個夾角，造成油膜壓力投影點與軸承底座幾何中心不重合，軸承座產生軸向偏轉，由此引起軸向振動。軸瓦與軸頸夾角的存在，造成軸瓦局部載荷增大，影響油膜的工作狀態而逐步導致燒瓦。
　　根據規范要求，汽輪機軸承座縱向水平以轉子根據汽缸洼窩找好中心后的軸頸揚度為準，存在較大偏差肯定是不允許的，必須調整軸承箱的揚度使二者吻合。
　　三、軸瓦安裝時軸向間距不合適引起燒瓦事故
　　某燃氣輪發電機曾發生與一般情況有所不同的燒瓦事故，2#瓦的后側阻油環與軸頸凸緣發生嚴重摩擦，導致阻油環燒阻油環烏金全部熔化流向軸承室，軸瓦工作區后側的烏金軸向30mm范圍內也因高溫而熔化，軸頸凸緣軸向40mm范圍內亮黑色。同時，因軸瓦振動大而導致了軸承支撐端蓋螺栓松動，結合面頂部出現3mm間隙。機組跳閘停機，惰走過程中未發轉子與定子的碰磨現象。該發電機軸承在不同狀態時軸瓦斷面與軸頸凸緣的軸向間距規范值見表3。

　　
表3　軸瓦端面與軸徑凸緣間距　mm

　　根據表3數據可以看出，燃機啟動時，轉子要向前串動6.5mm，滿載運行時向前串動量恢復，轉子總膨脹量為16mm。電機安裝就位時，2#瓦后端面與軸頸凸緣間距必須大于6.5mm，前端面與軸頸凸緣間距必須大于18mm。檢查發現，冷態時，該瓦前端面與軸頸凸緣的間距為41.3mm，后端為2.7mm，間距值根本滿足不了機組啟軸向串動的需要，必然要發生摩擦。即使機組快速啟動后脫離了摩擦狀態，也會對瓦造成傷害，只是不易察覺而已。軸瓦燒毀、動增大是必然現象，轉子與定子未碰磨只是僥幸現象。將發電機定子前移9.3mm，消除此隱患。
　　發電機軸承座冷態安裝時，轉子與定子的軸向中心應有一個偏置量，使熱態時達到中心一致，消除電磁力及通風量不平引起振動及軸向力，軸瓦與軸頸凸緣間軸向應保持有制造廠規定的熱膨間隙尺寸。機組大修時，應監測發電機轉子凸緣與瓦的間距。
　　四、軸瓦間隙調整不當引起振動大
　　1.某機組在檢修時，下瓦全長的接觸面分布不均勻，為追求接觸面積均勻，對下瓦進行修刮，上瓦未修刮。安裝后，軸瓦頂隙沿軸瓦全長不均勻，軸瓦呈喇叭口狀，運行后，影響軸瓦油膜的工作狀態，發生振動較大現象。對于這種情況，首先應檢查軸接觸面分布不均勻是否由于軸瓦安裝傾斜及揚度不吻合所致在排除傾斜及揚度不吻合的前提下進行微量修刮工作是允許的。修刮后要按照安裝規范要求，用著色法檢查徑向軸瓦的巴士合金與軸頸的接觸情況。
　　2.有的機組的瓦背要求有間隙，某機組的瓦背要求有0～0.106mm的間隙，但檢修人員在瓦背上加一層0.1mm鋼片，瓦背有0.05mm預緊力。機組啟動時因振動大無法達到滿速，拆除鋼片后，恢復正常。
　　一般情況下，轉子運轉時發生撓曲是不可避免的，撓曲的轉子旋轉時，力圖使軸瓦及軸承座做相應的偏轉，但軸承無法追隨軸頸偏轉時，就會形成軸向及徑向振動偏大。有的人在檢修時往往認為軸承緊力越大越能抑制軸承的振動，忽視了軸承無法追隨軸頸做偏轉運動而將軸振直接傳遞給軸承座，反而增加了軸承座的振動幅度，尤以軸向振動增加較常見。軸瓦緊力的大小，要根據軸承所處的位置、環境和工作條件區別對待，對機正常運行時軸瓦膨脹量大于軸承蓋膨脹量的軸承，緊力稍小一些，反之則緊力稍大一些。
　　五、軸瓦附件安裝質量差引起軸瓦損壞
　　1.頂軸油管接頭漏油。某機組檢修時發現頂軸油管接頭有漏油現象，軸瓦有輕微碾壓起皮，但損害不嚴重。該頂軸油管接頭處于下瓦的下側，且為軟管，安裝空間比較狹小，不易操作，這就需要特別注意，以免連接不牢引起后患。
　　2.軸瓦溫度探頭脫落。有的軸瓦直接監視軸瓦烏金溫度，熱電阻直接插入到距軸瓦烏金層底部2～3mm的孔內，靠螺栓壓彈簧頂住探頭。安裝時若螺栓未緊固，運行中松動脫落，探頭就逐步退出安裝孔，失去監視軸瓦溫度的功能。某機組運行中振大跳閘，軸瓦溫度記錄正常，打開軸承后發現軸瓦烏金已經碎裂，軸頸與瓦胎金屬發生直接摩擦，溫度探頭脫出。
　　3.絕緣問題。某發電機運行中，因軸承振動大跳閘，跳閘的同時軸瓦有冒煙現象。揭開軸瓦后，發現下瓦全部燒壞，呈黑色粉末狀，部分已露出瓦胎，上瓦有部分被燒壞，軸頸有磨損溝痕。測量軸瓦與軸承箱的絕緣阻值接近于零，軸瓦絕緣墊片間有塵土和油垢，為安裝時未清理干凈所致。安裝過程中，要保持絕緣板間及外露部分的清潔和干燥，保證絕緣良好，必須采取防護措施，安裝好后，用1000V絕緣電阻表測量，絕緣電阻要≥0.5MΩ。
　　六、潤滑油臟污引起碾壓和碎塊
　　某汽輪機大修后，啟動不久振動加大并跳閘，軸瓦烏金碎裂并脫胎。檢查發現，在l#軸瓦回裝過程中，供油管線和軸瓦供油中有較硬異物，異物進入油楔中，與軸頸發生研磨，造成烏金局部溫度升高，出現局部碾瓦，Z終造成大面積碾瓦而破壞。初始階的局部溫度升高并不易監測到，當監測溫度達到報警保護而需要停機時，為時已晚，出現碎塊和脫胎現象。檢修時，一定要對相關管線、孔洞等進行保護，認真清理，防止異物進入。