陈志峰

（深圳妈湾电力有限公司，广东 深圳 518054）

0 引言

轴承是汽轮机最重要的部件之一，如果轴承发生故障就会导致汽轮机惰走时间缩短甚至停机，不利于机组的安全经济运行。因此，加强汽轮机轴瓦温高原因分析及治理研究具有十分重要的意义。轴瓦温度高是机组运行中比较常见的缺陷，国内很多学者对此进行了研究。如钱涛[1]通过清洁汽轮机中的杂物、对轴瓦进行调整、提高轴瓦的质量、降低运行阻力等措施降低瓦温；张世东等[2]通过降低轴承标高，使机组运行达到优秀标准；闫修峰[3]通过优化汽轮机本体检修工艺来确保轴瓦温度达标。这些研究分别针对引起瓦温偏高的不同原因采取了相应的治理或处理措施，为汽轮机轴瓦温高治理提供了经验借鉴。该文针对某电厂2 号机瓦温高的原因及治理进行了如下分析和研究。

1 影响轴瓦温度的因素

由于汽轮机轴瓦是在高转速、大载荷的工况下运转，因此必须确保轴瓦运转的安全性以及较小的摩擦力。为了符合轴瓦运转要求，汽轮机通常采用滑动轴瓦向轴承内连续不断地供给压力、温度符合轴瓦运转要求的润滑油[4]。同时，转子的轴颈一般是支撑在轴瓦上的，且轴瓦具有质软、熔点低的特点，这样就能够在高速旋转下形成油膜，产生液体摩擦，进而减少摩擦力。而由摩擦力产生的热量就会被回油带走，以此来使轴承的温度一直保持在要求范围内。

由上述可知，轴瓦的运转情况是由轴瓦温度、轴瓦振动、轴系稳定性以及回油温度等来决定的。因此，影响轴瓦温度的因素主要表现在以下几个方面：1）轴瓦表面存在脱落、损伤现象。当轴瓦表面有脱落、损伤，就会影响油膜的稳定性，进而使轴瓦的温度升高。2）轴瓦与轴颈接触不均匀。轴瓦与轴颈接触不良会增加两者之间的摩擦力，使轴瓦温度升高。3）轴瓦载荷分配不均。当轴瓦荷载过大时，油膜容易破裂，使轴瓦和轴颈局部产生干摩擦，导致轴瓦温度升高；当轴瓦荷载偏小时，油膜会过厚容易失稳，发生油膜振荡，进而引起轴瓦温度升高。4）轴承润滑油温度过高。如果轴承润滑油的温度过高，就会失去其本身的冷却效果，轴瓦温度相对也会升高。5）轴瓦进油量不足或排油不畅。轴承润滑油具有润滑、冷却功能，如果轴瓦存在进油量不足或排油不畅等问题时，就无法发挥润滑油的冷却作用，进而导致轴瓦温度偏高。6）轴瓦与轴顶部间隙不合格。如果轴瓦与轴顶部间隙过小，当机组高速旋转时就会破坏油膜，轴瓦和轴颈局部就会产生干摩擦，进而使轴瓦温度升高。

2 设备概况及故障情况

2.1 设备概况

某电厂的2 号机为哈尔滨汽轮机厂引进美国西屋技术生产的N320—16.7/537/537 型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、单轴反动凝汽式汽轮机，机组功率为320 MW。该机组转子部件由高、中压、低压、发电机和励磁机等5 个转子和8 个轴承组成，各转子之间采用刚性联轴器连接，轴系布置如图1 所示。

图1 某电厂2 号机的轴系布置图

2.2 故障情况

2022 年11 月22 日，2 号机在运行过程中停机惰走时间25 min，比正常惰走时间减少20 min。通过检查历史曲线发现，当2 号机在惰走转速407 r/m 时，#4 轴瓦温度从62℃开始快速上升；当惰走转速250 r/m 时，#4 轴瓦温度上升至174℃后，又快速下降至正常，整个过程持续约8 min，严重威胁了机组的安全运行。

鉴于此，检修人员立刻甩负荷并停机翻瓦检查，对各部位紧力、轴瓦间隙、顶轴油压及油封间隙等进行测试。从2号机整体运行参数来看，#4 轴瓦顶轴油压偏低。通过对2 号机的运行状况进行分析，检修人员初步判断#4 轴瓦温度高与#4 轴瓦机组润滑油系统和机组负荷有关，出现该现象的原因是#4 轴瓦在低压、高载荷下失去油膜，与轴颈产生直接摩擦，造成#4 轴瓦温度升高，进而缩短了惰走时间。

3 瓦温异常原因分析

为了详细分析并确定#4 轴瓦温度偏高的原因，现场检修人员对盘车投入后#4 轴瓦的各项参数进行检查，并与历史起机记录进行了对比，未发现异样，机组继续启动并逐渐带负荷。但是随着2 号机的运行，当其惰走转速为250 r/m时，#4 轴瓦温度逐渐升高至174℃的报警值。为解决该问题，检修时提前做好#4 轴瓦检修的备件及人员安排等相关准备工作，并选择更换一台顶轴油泵，以排除因顶轴油泵故障引起瓦温升高的可能。更换顶轴油泵后，启动机组运行，通过监测#4 轴瓦的各项运行参数，发现#4 轴瓦温度仍偏高，因此判断此次瓦温升高并非由顶轴油泵故障引起。

为此，检修人员立刻甩负荷并停机翻瓦检查，通过检查发现#4 轴瓦励端侧有明显的摩擦痕迹，同时还发现#4 轴瓦顶轴油供油管路与瓦枕接头处的密封圈出现完全断裂并脱出密封槽。因此判断此次#4 轴瓦温度迅速升高的原因是密封圈断裂导致#4 轴承供油量大大降低了润滑油的润滑效果和冷却效果，使#4 轴瓦励端侧产生干摩擦，进而引起#4 轴瓦温度升高，缩短了机组停机惰走时间。

针对由密封圈断裂引起#4 轴瓦温度升高的问题，检修人员采取更换密封圈，并将#4 轴瓦的下半两轴瓦进行更换的措施。经过相关措施处理后，重新启动2 号机。当机组满负荷运行时，对#4 轴瓦各项运行参数进行监测，其余各项参数均属正常，但#4 轴瓦温度仍偏高，最高可达102℃，回油温度不高，但也略高于其余轴瓦。针对这一现象，检修人员对轴瓦的回油温度和金属温度进行测试，选取#1～#6 轴瓦，设置A、B 共2 个测试点，当润滑油温为38 ℃时，测试轴瓦的回油温度和金属温度，测试结果见表1。

由表1 相关数据可知，#4 轴瓦A、B 测试点的金属温度和回油温度均高于其他轴瓦。为了彻底解决#4 轴瓦温度偏高的问题，在上次停机翻瓦检查的基础上对#4 轴瓦的进油管、回油滤网等进行检查，运行参数与历史数据一致，排除了此次#4 轴瓦温度升高是由供油不足引起的可能性。因此对2 号机各部位紧力、轴瓦间隙及油封间隙等进行测试，测得#4 轴瓦顶部间隙为0.58 mm，而设计值范围在0.61 mm～0.71 mm，#4 轴瓦顶部间隙小于设计值，顶轴间隙过小，这就导致机组在高速旋转过程中加大紧力，油膜容易遭到破坏，进而使轴瓦表面与轴颈部出现干摩擦，引起轴瓦温度升高[5]。并对#4 轴瓦下部垫铁与轴承座洼窝的接触性进行检查，发现存在接触不良现象，轴瓦与轴承座出现干摩擦，导致轴瓦温度升高。检查节流孔，并未发现异物，且各项参数均符合设计值[6]。对#4 轴瓦进行解体后，经过综合分析可知，低压转子中心偏差较大，中压转子偏高，导致#4 轴瓦载荷相对增大，这是引起#4 轴瓦温度升高的最主要原因。

表1 带负荷运行时#1～#6 轴瓦温度

4 顶轴油压变化分析

为了验证#4 轴瓦温度升高是由载荷相对增大引起的推断，检修人员在2 号机停机期间对#1～#6 轴瓦顶轴油压变化进行了分析。在机组正常运行情况下，低压转子两侧轴瓦载荷相当，中压转子两侧轴瓦载荷较轻。因此，在轴瓦相同的情况下，#5 和#6 轴瓦顶轴的油压应该相近，而#3 和#4 轴瓦荷载应该相对较轻，顶轴油压也应该相对较小。但是，通过对滑停过程中#1～#6 轴瓦顶轴油压进行测试，并观察轴瓦顶轴油压变化情况时发现，#1 和#2 轴瓦顶轴油压的变化不明显，但是#4、#5、#6 轴瓦顶轴油压分布存在异常，其变化情况间表2。

表2 #1～#6 轴瓦顶轴油压变化情况

通过分析表1 数据得出以下结论：1）机组在320 MW 负荷下，#6 轴瓦顶轴油压明显小于其他轴瓦；在220 MW 负荷下，#6 轴瓦顶轴油压明显高于其他轴瓦。在320 MW 和220 MW 负荷下，#4 和#5 轴瓦顶轴油压相差不大。由此可以看出，在机组正常运行状态下，低压转子两侧轴瓦的部分载荷被中压转子承担，这在一定程度上增加了中压转子后侧轴瓦载荷，也即增加了#4 轴瓦的载荷。2）在停机盘车状态下，#4 和#5 轴瓦顶轴油压分布存在明显不合理的情况。停机破真空前，#4 轴瓦顶轴油压仅达6.0 MPa，而相邻#5 轴瓦顶轴油压却达到了13.5 MPa，#4 轴瓦顶轴油压明显远远低于#5 轴瓦。3）在停机盘车状态下，破真空后，#4 轴瓦顶轴油压由6.0 MPa 提高至10.0 MPa，而#5 轴瓦顶轴油压由13.5 MPa 下降至10.2 MPa，#6 轴瓦顶轴油压从13.4 MPa 下降至9.2 MPa。由此可以看出，机组破真空后，#1、#2 轴瓦载荷基本不变，而#4 轴瓦载荷增大，#5 轴瓦和#6 轴瓦载荷减少。由此可见，真空变化对#1、#2 轴瓦载荷分配影响较小，但是对#4、#5、#6 轴瓦载荷分配存在较大影响。

通过上述#1～#6 轴瓦顶轴油压变化测试及分析可知，#4、#5、#6 轴瓦之间的载荷分配不合理。在机组破真空前，#4 轴瓦承受的载荷相对较轻；#5 轴瓦和#6 轴瓦比其本身所应该承受的载荷更重，此时考虑#5、#6 轴瓦顶轴油管可能存在泄漏或堵塞现象。机组破真空后，由于排汽缸在大气压作用下出现下沉，导致#5 轴瓦的标高下降，因此原本应由#5 轴瓦承受的载荷转移到#4 轴瓦上。随着#4 轴瓦载荷的增加，油膜厚度逐渐减少，逐渐失去油膜而与轴颈产生直接摩擦，进而导致#4 轴瓦温度升高。

5 治理措施

经讨论，针对上述引起#4 轴瓦温升高的原因，应采取以下治理措施：1）为了避免热态下#4 轴瓦载荷过大引起瓦温高现象，通常会采取重新分配轴瓦荷载的措施。轴瓦载荷分配就是常说的转子找中，将联轴器断开，对其端面和圆周偏差进行调整，即为轴瓦载荷的重新分配，与转子是否同心没有任何关系。并在转子中心找好后，人为降低冷态下#4轴瓦的标高，使该轴瓦在冷态下所承受的载荷减少，与此同时热态下的载荷也相应减少。2）为彻底治理此次#4 轴瓦温度高的问题，在此次检修中还囊括了中、低压缸解体检修，调整了#4 轴瓦垫铁，使该轴瓦所承受的载荷降低。3）在盘车状态正常的情况下，于冲转前检查确认汽轮机各轴瓦温度、轴承振动、轴向位移等汽轮机主保护是否已正常投入，并启动2 台顶轴油泵，将#4 轴瓦顶轴油压维持在10 MPa 以上；在冲转过程中，如果#4 轴瓦的温度、振动升高至跳闸值，应检查保护动作跳闸，否则手动打闸，按破坏真空紧急停机处理。转子惰走到0，如果盘车投不上，闷缸处理；冲转后，密切监视各瓦温度、回油温度、轴承振动等，转速600 r/m 时停留30 min，全面检查正常后，继续升速至2040 r/m 停留30 min 检查是否正常（如果冷态，按冷态暖机时间进行），继续升速至3000 r/m 并全面检查。4）针对#4 轴瓦顶轴间隙过小问题，应更换或刮削止推板进行调整，确保其满足设计要求。5）重新研瓦，确保#4 轴瓦下部垫铁与轴承座洼窝的接触面积符合轴瓦检修工艺要求，其接触面积必须达到垫铁总面积的75%以上，且接触点须均匀分布[7]，只有这样才能确保接触点严密，防止润滑油外泄。

此外，在治理过程中还应注重检修工艺质量，降低各项运行参数监测数据误差，要严格按照质量验收标准对重要运行参数进行验收，避免给机组运行留下安全隐患[8]。

6 治理效果

采取上述治理措施后重新启动2 号机，发现#4 轴瓦温度明显下降。经过治理，#1～#8 轴瓦的温度均有变化，治理前、后温度变化情况见表3。

通过对比表3 中#1～#8 轴瓦治理前、后温度变化情况可知，调整轴瓦标高、降低轴瓦荷载是治理#4 轴瓦温度高的主要措施，并辅以密切监视各瓦参数、更换或刮削止推板、重新研瓦等措施。通过调整#4 轴瓦标高、降低该轴瓦荷载后，#4 轴瓦前端温度降低了18.5℃，后端温度降低了20.1℃。轴瓦温度虽然高于其他各轴瓦，但仍在标准范围内。并对盘车状态正常下的#4 轴瓦的油压、温度、振动等参数进行监测，各项参数均属正常。由此可见，上述治理措施取得了良好的治理效果。

表3 #1～#8 轴瓦治理前、后温度变化情况

7 结论

轴瓦是汽轮机组比较重要的组成部件，温度过高不仅会损坏部件，造成经济损失，甚至还会导致机组停机，影响机组的安全运行。该文以某电厂2 号机为研究背景，针对该机组#4 轴瓦温度偏高故障，通过停机翻瓦检查以及对顶轴油压变化进行分析，验证了此次轴瓦温度偏高故障主要原因是轴瓦载荷分配不均，次要原因是#4 轴瓦下部垫铁与轴承座洼窝接触不良。结合检修经验，针对#4 轴瓦温度高的问题，通过联轴器中心找正、降低#4 轴瓦冷态下的标高并调整#4轴瓦垫铁等治理措施，有效降低了#4 轴瓦温度，取得了良好的治理效果，保障了2 号机的安全、稳定、经济运行。