汽轮机可倾瓦轴承低速碾瓦故障原因分析

汽轮机可倾瓦轴承低速碾瓦故障原因分析

吴永宏王树立李长波

（国家电投集团河南电力检修工程有限公司河南郑州450016）

摘要：本文针对某厂两台1000MW汽轮机组在启停过程中，重复出现可倾瓦轴承温度异常升高和低速碾瓦现象，结合实际工作经验，从机组运行方式和检修实际状态入手，分析了可倾瓦轴承低速碾瓦的产生机理，并通过改变运行方式和修刮可倾瓦瓦块等技术措施，解决了汽轮机低速碾瓦故障，对同类机组相似问题的解决，提供一定的参考和借鉴。

关键词：汽轮机；可倾瓦轴承；油膜压力；乌金修刮；低速碾瓦

0.引言

本厂两台机组均为哈尔滨汽轮机厂制造的超超临界凝汽式冲动型机组；整个轴系有11个径向支持轴承，其中1—4号轴承为不带顶轴油装置的可倾瓦轴承，其余为带顶轴油装置的椭圆轴承。

2014、2015年间本厂两台机组多次发生低速碾瓦故障，只是碾瓦程度不太严重，没有引起足够重视；最近一次较严重故障发生在2016年10月10日，1号机组消除锅炉水冷壁泄漏缺陷后，锅炉点火正常启动，10月11日05:02汽机冲转过程中，升速至343rpm时，发现6号轴承左侧温度99.8℃，右侧温度103.5℃，就地检查6号轴承顶轴油压到零，立即手动打闸停机；05:04转子惰走过程中，3号轴承温度迅速上升，温升率70℃/min，转速降至168rpn时，3号轴承左右两个测点温度分别为120/132℃，05:10盘车正常投入。

1.设备检查情况

10月16日对1号机组具备揭瓦条件，对1、2、3、6号轴承揭瓦检查发现：

1.1如图1所示，6号轴承下半与轴颈接触部位存在过载，顶轴油室深度明显不足，顶轴油管接头紧力不足，存在泄压现象，轴承箱内发现少量乌金碎削。

图1图2

1.2如图2所示，2号可倾瓦轴承明显过载，没有明显碾瓦；如图3、4所示，3号可倾瓦轴承下半乌金严重碾瓦，且轴颈有明显磨损痕迹；轴承箱内存在较多乌金碎屑。

图3图4

2.原因分析

汽轮机可倾瓦轴承低速碾瓦现象一般发生在机组启停过程中转速50-500rpm范围附近，是一种润滑失效现象，根本原因是轴承油膜承载力在低转速状态下急剧降低，甚至润滑油膜完全丧失承载力。低速碾瓦的特征是乌金粘着磨损，与摩擦副的材质、表面粗糙度、润滑油温度、油膜厚度等有直接关系。

2.1检修工艺不当

1号机组6号轴承温度异常的原因比较明显，就是轴承顶轴油管接头松动、泄压，造成轴承下半高压油压力下降和进油量不足，致使下瓦载荷加重、乌金磨损；6号轴承是1号低压缸的后轴承，其前后轴承均有顶轴油，尤其是距离7号轴承不足2米，所以，6号轴承检修工艺不当，只是2、3号轴承低速碾瓦的并发现象，并非故障的直接原因。

2.2润滑油粘度

粘度是润滑油流动性的一种表征，粘度越大，油膜承载力越强，但粘度过大，会使润滑油分布均匀，增加摩擦损失，所以，在转速较高时，润滑油粘度应较小，反之，在转速较低时，润滑油粘度应相应增加；润滑油粘度明显受环境温度的影响，润滑油温的升高可以明显降低润滑油的粘度。

2.3轴承临检载荷

根据流体力学的雷诺方程可知轴承油膜压力与油膜厚度的二次方成反比，也就是说，油膜厚度的下降，会使油膜压力迅速增大，进而使轴承承载力增大；而油膜压力与润滑油粘度成正比，粘度降低会导致油膜承载力降低；当轴承承载力大于油膜承载力时，油膜是稳定的，若轴承承载力等于油膜承载力时，称改点为临界稳定，对应的轴承载荷则成为临界载荷；若轴承承载力小于油膜承载力，则称该点为热不稳定，此时将发生润滑失效，出现低速碾瓦。

2.4机组运行方式

1号机组汽缸为高中压缸分缸对称布置方式，1—4号轴承为6瓦块自位式可倾瓦轴承，进汽调节方式采用的是喷嘴调节，1—4个高调门是从右上开始顺时针排列；当采用喷嘴调节时，在1、2号调门同步开启过程中，高压转子受向下作用力，随着调门开大，轴承负载增大，温度升高；3号调门开启后，转子又受到一个指向左上方的力使其向右下方偏移，使右下方瓦块负载增加，温度进一步升高，这就解释了机组启停阶段发生低速碾瓦时，为何下瓦右侧温度总是高于左侧温度；当4号调门开启后，转子偏移得到控制，轴系逐步趋于稳定。

2.5设备自身

低速碾瓦机理是润滑油中的固态颗粒、转子轴颈和轴承乌金表面三者之间相互摩擦产生的粘着损伤，摩擦副的材料及表面粗糙度对粘着损伤的发生都有较大影响，一般低速碾瓦更容易出现在没有顶轴油装置且轴颈曾经处理过的轴承上。截止到2015年底，哈汽厂生产的该序列1000MW机组在国内投运的6台机组，其中有4台在正常启停过程中出现过1—4可倾瓦轴承低速碾瓦，尤其在停机过程中，更容易引起碾瓦故障，可见，轴瓦工作稳定性不够可能也是引起碾瓦故障的原因。

3.处理措施及效果

3.1规范检修工艺

对6号轴承下半接触部位、顶轴油室和底部垫铁等进行修刮处理，严格按照设计说明书要求重新调整顶部间隙和轴颈扬度满足设计要求。

3.2变更机组启停部分方式

考虑到碾瓦故障会在低速下油膜失稳后加剧，而在停机过程中，油温的变化滞后于转速的变化，所以在机组启停过程中，对润滑油的温度切换进行调整，将切换转速由900rpm调整到1000rpm，并将此转速下的润滑油温由35℃调整到30℃，通过降低润滑油温度来提高润滑油粘度，从而提高轴承临界载荷，减小发生低速碾瓦的可能性。

3.3修刮瓦块

通过测量可知：2、3号轴承下瓦实际磨损量只有0.20mm，本次只对磨损瓦块进行局部修刮处理，如图5所示；扩大轴承进油节流孔板孔径虽然可以增加轴承进油量，但是否能够增加受润滑油供油情况影响，所以本次并没采用这种方式增加进油量，只是在修刮瓦块乌金时时，有意增加了下半瓦块进油侧油囊，以便增加轴承承载区储油量，进而提高油膜承载力，另外，修刮后的轴承顶部间隙取设计值的上限。

图5

3.4改善轴颈表面粗糙度

利用翻瓦检查机会，制作专业工具对轴颈表面用金相砂纸和羊毛毡进行打磨抛光，减小摩擦面的表面粗糙度，降低轴承临界膜厚比。

3.5提高润滑油质

通过滤油将原润滑油的检验基准由小于8级调整到小于7级；严格控制润滑油中锈垢、粉尘、砂砾和金属屑等硬质颗粒进入润滑油系统。

3.6设置顶轴油装置

为减少各种其他因素对可倾瓦轴承在低速下工作的不利影响，计划在下次机组大修期间，将两台机组的1—4号轴承加装顶轴油装置，利用压力油在各摩擦面之间强迫建立一层承受载荷的油膜，同时降低润滑油吸附膜载荷，进而有效防止低速碾瓦的发生。

经过采取以上技术措施，1号机组于10月22日顺利并网，2、3轴承金属温度比之前降低了8℃，稳定在77℃左右，各轴承的振动均在60um以下。

4.结束语

近些年，可倾瓦轴承低速碾瓦故障在600MW以上大机组的启停过程中较为常见，在没有查明原因和找出合理应对措施之前，这种故障一旦出现将反复发生，且多为停机后考不起来，从而不得不频繁停机检查甚至更换轴承，造成人力、物力极大损失。本文在借鉴各兄弟单位处理类似故障的经验基础上，对故障产生机理进一步加以分析，针对机组临修或大修等不同状态，提出切实可行的技术措施，有效地防止机组低速碾瓦故障的发生，对解决其他机组的类似问题具有较高参考价值。

参考文献：

[1]刘邵华汽轮机单个支持轴承磨损检修探讨江西电力，2013（5）

[2]CCLN1000-25.0/600/600型汽轮机本体安装说明书哈尔滨汽轮机有限公司，编号：CCH02.001.ISM-2

[3]阮圣奇汽轮机轴承金属温度偏高原因分析发电设备，2013（1）

[4]黄传安汽轮机轴承损坏的分析及处理华中电力，2011（1）

作者简介：

吴永宏（1979-），男，大专，河南开封人，河南电力检修工程有限公司生产技术部。