600MW汽轮机轴瓦浮动油挡环的问题及改进方法

600MW汽轮机轴瓦浮动油挡环的问题及改进方法

李珩

华能伊敏电厂 内蒙古 呼伦贝尔市 021134

文摘：本文根据某火电厂四台600MW汽轮机组在机组运行过程中多次发生支持轴瓦浮动挡油环断裂、磨损甚至造成轴系碰磨振动加剧问题及缺陷，从浮动挡油环的结构、安装、运行中实际发生问题等方面分析了产生浮动挡油环损坏、磨损的原因，经过多次攻关、技改而取得的成果经验，对汽轮机支持轴瓦浮动挡油环的设计及设备改进、安装、调整及运行维护具有一定的参考价值。

关键词：汽轮机、支持轴瓦、浮动挡油环、结构改进；

前言

600MW汽轮机组多次发生支持轴瓦浮动式挡油环断裂问题，机组运行中浮动式挡油环断裂后，导致轴瓦位置听音异常、轴系振动上升、轴瓦及汽轮机转子磨损等严重问题。停机检修中发现浮动挡油环断裂原因为止动销损坏、紧固螺栓松动脱开，为解决浮动挡油环设计缺陷，经过多次攻关、技改、试验，最终改变浮动挡油环结合面紧固连接方式及止动销安装位置，通过2年连续运行经验，彻底解决该问题。

1. 原设计结构

浮动挡油环为碳钢体内乌金面上下半环结构，组装在轴瓦前后油挡套凹槽内，乌金面内径499mm，与轴径配合间隙0.97-1.07mm。浮动挡油环上部外圆凸台上配有一纵向凹槽，与上油挡套中部φ5mm止动销配合，防止挡油环旋转。浮动挡油环上下两半圆为水平平面对接，在背弧凸台上一侧打孔、一侧内孔攻丝，使用M6沉头螺栓连接，螺栓顶部安装后冲点锁固。

2、常见问题及原因分析

2.1上下半圆连接螺栓损坏脱落。因结合面紧固螺栓强度低，无锁紧止动措施，机组运行中对此发生挡油环上下两半圆连接螺栓损坏脱落，造成挡油环在环套内部脱落张开，甚至旋转断裂失效，与轴颈碰磨。

2.2防旋转止动部分损坏。防旋转止动部分主要安装在上半挡油环背弧上部，上油挡套与止动槽配合的止动销尺寸为6mm，强度不足，机组运行中，在长期撞击受旋转力、油环轴向变化摩擦力下，磨损甚至变形、断裂损坏。造成整个油挡环在油挡套内会被旋转主轴带动旋转损坏。

2.3安装工艺不不良导致浮动挡油环运行中损坏。止动沟槽与止动销在安装过程中对正装配困难，易变型损伤，同时挡油环装配在轴上，径向间隙要求严格，装配过程中，保证浮动挡油环正常装入，与轴颈配合间隙保0.97-1.07mm。如装配中导致浮动挡油环变形或装配间隙过小，高速旋转的汽轮机转子与浮动挡油环产生剧烈摩擦，导致浮动挡油环损坏。

3、典型案例

2019年12月3日 ，某600MW机组运行过程中，主机#2（Y向）振动突然由108 um上升达127um（达报警值），#3（Y向）振动由54 um上升达87um，各轴瓦瓦温及回油温度未发生变化。 对各轴瓦进行听音检查，发现#3瓦存在异音，异音表现为间断性的轻微哒、哒声，#2瓦左听音检查正常。调取振动数据对比发现#2瓦一倍频相位无明显变化，#3瓦一倍频相位由31°变化至355°。结合听音结果分析原因为#3瓦浮动挡油环连接销断裂造成浮动环与转子动静碰磨，使轴瓦振动增大。后续机组检修中，对#3瓦进行解体检查发现轴瓦内侧浮动挡油环止动销断裂，上下半连接螺栓损坏脱开。

4、结构改进方案

4.1起初，我们尝试将挡油环上下半连接螺栓由单头螺钉改为通孔双头螺栓，中间为销柱结构，螺帽加以弹簧垫，并将原有上半环顶部止动凹槽进行加装增高垫块，提高装配后卡销卡入深度，避免由于油挡套上下调整变化致使卡销卡入深度不够影响强度。效果有较大好转，但拆装困难，锁固防脱困难。运行中检验使用寿命有一定延长，但仍出现卡销断裂磨损，甚至卡槽处半环断裂问题。

4.2故障再次发生后，续继续研究设计，参照密封瓦连接形式，我们将原有的挡油环两半圆连接螺钉的沉头螺钉结构改进，将原始上下结合面的平面对接结构变为对口凸凹搭接结构，使用两条水平横穿螺纹销钉连接型式，可彻底解决此问题。由拉力变为剪切力，并且横销装配后有一条端面与有挡环侧平面平齐，随环体装配在油挡套腔室内，不会串出。可靠性高。即参照了该机组发电机密封瓦的瓦体上下半搭接横销结构。

4.3将原有的挡油环上半顶部的止动销、止动槽结构彻底取消。将上述第一条的上下环水平搭接的四个横向螺纹销钉的其中一条，加工成加长内六角头螺杆结构，在该止动销的油挡套水平面对应处，开一个豁口，使该止动销的加长部分装配在该豁口处，即完成了挡油环的防旋转止动作用，一销两用、固定位置不会串动磨损，强度高、拆装方便。

改进后机组运行已两年，未出现异常问题。

4.4可适当针对环套腔室空间，在保证环体泄油量和环体重量的前提下，增加环体凸肩厚度和刚度，减少变形。保证环体装配后与环套件的轴向间隙，由于该浮动挡油环为支持轴瓦瓦体上前后挡油环，前后挡油环的外部轴颈上也有挡油凸肩，如果保证外油挡间隙，轴瓦供油量调节好，通过实践实验，在厂家技术标准的基础上，可以适当放大一些挡油环径向间隙，防止启动初期挡油环与轴径卡涩和润滑不良而造成蹩劲或磨损。并在轴瓦检修回装过程中，在瓦块、挡油环，轴颈处使用合格润滑油脂，减少转子启动初期的干摩擦。具体结构见下图。

图1改进后浮动挡油环结构图

结束语；

通过调研了解，汽轮机支持轴瓦的浮动式挡油环故障问题，在各电厂时有发生，该异常问题发生后，机组运行期间无法进行检修处理，对汽轮机长周期运行带来很大安全隐患，汽轮机轴系振动异常增大，轴颈、轴瓦磨损后果较为严重。此种浮动式挡油环结构改进形式，已应用3台600MW汽轮机机组，最长已连续运行2年，未再发生浮动式挡油环故障问题，设计缺陷得到有效改进、解决。

[参考文献]

《#3汽轮机组A修记录（轴瓦挡油环改进部分）》 华能XXX电厂检修部

《火电厂旋转机械振动诊断及治理技术》 西安热工研究院 张学延 张卫军 何国安

《汽轮发电机组振动诊断》 张学延