660MW超超臨界汽輪機(jī)軸瓦損壞原因分析及處理
2016-08-19安正鋒
（大唐甘肅景泰發(fā)電廠）
【摘 要】我國煤炭資源豐富，因而我國主要的發(fā)電形式就是火力發(fā)電。660MW超臨界汽輪機(jī)是火力發(fā)電的主要設(shè)備，而軸瓦又是汽輪機(jī)的重要組成零部件之一，所以在火力發(fā)電廠中汽輪機(jī)的軸瓦如果損壞，不但會影響發(fā)電，還有可能造成重大的設(shè)備損壞安全事故。分析660MW超超臨界汽輪機(jī)軸瓦的損壞原因，并及時進(jìn)行處理，對火力發(fā)電具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電；660MW超臨界汽輪機(jī)；軸瓦；損壞原因；及時處理
1 前言
660MW超臨界汽輪機(jī)作為火力發(fā)電的主要設(shè)備，該設(shè)備比亞臨界機(jī)組的熱效率更高，對環(huán)境的污染更小，具有更好的節(jié)能減排效果，因而在我國的火力發(fā)電廠中被廣泛推行使用。但是，由于我國使用660MW超臨界汽輪機(jī)的年限較短，使用中操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐奢S瓦損壞的現(xiàn)象頻繁發(fā)生，不僅影響正常的發(fā)電工作，蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會引發(fā)機(jī)組的安全隱患，造成人員傷亡。為規(guī)避這類惡性事故的產(chǎn)生，很有必要找出汽輪機(jī)軸瓦的損壞原因，且針對各類原因提出處理方案。
2 軸承的工作原理及其影響因素
以潤滑理論為依據(jù)，對于動壓滑動軸承而言，若軸承承受的負(fù)載太重，軸承油膜較易破損，從而造成軸承和軸頸之間部分地方出現(xiàn)干摩擦，使得軸瓦溫度驟升；而如果軸承負(fù)重較輕，油膜相對較厚，就容易出現(xiàn)因失穩(wěn)產(chǎn)生的油膜振蕩。為了確保軸瓦溫度既不會過高也不會出現(xiàn)油膜振蕩的現(xiàn)象，就要保證油膜適宜，既不薄也不厚。所以相關(guān)工作人員需要研究軸承負(fù)載和油膜厚薄兩者間的參數(shù)設(shè)置，也就是平時監(jiān)測的軸承溫度與振動反應(yīng)油膜的厚度情況。會對油膜工作狀態(tài)產(chǎn)生影響的因素很多，主要有以下幾類。
（1）軸承承重負(fù)載不均衡。軸封密封不嚴(yán)出現(xiàn)漏汽引發(fā)軸承座標(biāo)高的變化，轉(zhuǎn)子受到很大向下的力、轉(zhuǎn)速高于被允許的值，較大的軸振動，轉(zhuǎn)子中心偏差、軸承揚(yáng)度與溫度發(fā)生變化等，這些都會引起軸承負(fù)載量不均衡。
（2）軸承球面的自動調(diào)整能力變差[1]。軸承間隙太大或太小，軸承底座加墊片的太多，可傾瓦墊塊的方向裝反進(jìn)而限制活動范圍，軸承緊力較大，軸承安裝偏斜，軸承和軸頸揚(yáng)度不統(tǒng)一等，都會使軸承球面的自動調(diào)整能力變?nèi)酢?br /> （3）使用油質(zhì)差的軸承潤滑油。潤滑油質(zhì)量的好壞會對汽輪機(jī)運行的安全性產(chǎn)生直接影響。因為潤滑油主要是為了減少軸承摩擦損失、潤滑軸承、冷卻軸承，潤滑油黏度不符、回油不暢、斷油、油流量太大或太小、油溫太高或太低，油質(zhì)不好或惡化，當(dāng)中潤滑油壓力太高或太低，而油質(zhì)變差的主要是因為雜質(zhì)進(jìn)入到潤滑油中，油膜壓力降低，頂軸油管的逆止閥沒有關(guān)緊，軸承或油流中有雜物或氣體存在等，均會使軸承溫度驟升，導(dǎo)致軸徑拉傷和軸承損壞。
（4）軸承鎢金澆鑄質(zhì)量不過關(guān)。澆鑄質(zhì)量不合格，當(dāng)出現(xiàn)溫度升高或承受動載荷時，會加劇結(jié)合不牢固，脫胎現(xiàn)象加重。
3 以某發(fā)電公司660MW超超臨界汽輪機(jī)軸瓦損壞為例
3.1情況說明
某發(fā)電廠一期工程2*660MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，從投產(chǎn)以來1號機(jī)組的1號軸瓦低速搟瓦事故頻發(fā)，2號機(jī)組2號軸瓦滑停時，發(fā)現(xiàn)瓦溫在低轉(zhuǎn)速波動現(xiàn)象，開機(jī)時又有低轉(zhuǎn)速搟瓦現(xiàn)象。2臺機(jī)組運行時共出現(xiàn)十次低速碾瓦現(xiàn)象，七次出現(xiàn)在機(jī)組惰走階段且均為1號機(jī)，三次出現(xiàn)在機(jī)組開啟階段，其中1號機(jī)發(fā)生兩次，2號機(jī)發(fā)生1次。
3.2原因分析
（1）軸瓦負(fù)荷分配不均衡。某發(fā)電廠的兩臺汽輪機(jī)均為制造公司引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)出來的，軸瓦為制造公司生產(chǎn)。機(jī)組帶負(fù)荷啟動時2號軸瓦的負(fù)荷增加，會有超1號軸瓦的情況發(fā)生。1、2號汽輪機(jī)的軸瓦為上下3塊的可傾瓦，但實際運行時Z底部的1塊瓦塊承受了所有負(fù)荷，因而低轉(zhuǎn)速時，再加上瀕臨油膜失衡點，極易出現(xiàn)搟瓦現(xiàn)象。發(fā)電廠認(rèn)為軸瓦設(shè)計不合理，制造公司則認(rèn)為啟動時軸封過高的溫度引起軸頸變大，導(dǎo)致軸瓦間隙變小。
處理此事故時應(yīng)考慮將1號軸瓦的負(fù)荷量進(jìn)行調(diào)整，將2號軸瓦的高度抬高0.2mm，發(fā)現(xiàn)啟動時2號軸瓦溫度正常。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到40至60r/min時，汽輪機(jī)停機(jī)，2號軸瓦溫度升高3至4℃，此現(xiàn)象可能是因為油膜處于失衡臨界點，轉(zhuǎn)子沖擊軸瓦導(dǎo)致，如果加頂軸油，則在啟動、停機(jī)時2號軸瓦負(fù)荷小，起不到明顯作用，還會對其他軸瓦頂軸壓力造成影響，故而未實施。
（2）轉(zhuǎn)子軸頂膨脹導(dǎo)致軸承無力承載進(jìn)而引發(fā)磨損。機(jī)組惰走的過程中，軸封內(nèi)氣壓降低，但高排轉(zhuǎn)子的溫度會達(dá)到310℃左右，此時軸封蒸汽起不到相應(yīng)的冷卻轉(zhuǎn)子作用，熱量便會導(dǎo)熱至軸頸處，使軸頸溫度升高，軸承難以形成油膜，無法承重，油膜就會破裂，導(dǎo)致碾瓦現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)機(jī)組常規(guī)運行時，盡管軸封的溫度仍是310℃左右，但過快的轉(zhuǎn)速會使?jié)櫥蛯S頸的冷卻增強(qiáng)，軸承溫度正常，因而機(jī)組能夠正常運行。
3.3故障處理措施
（1）設(shè)置合理的軸承負(fù)載，優(yōu)化軸瓦設(shè)計。對于有問題的軸承，更換其上下6個瓦塊，同時加深上半部分3個瓦塊的油槽深度，使過油量增多。對于機(jī)組空負(fù)荷定速到達(dá)3000r/min時，高排汽缸的溫度會高至410至430℃，把下半部分瓦塊的Z低點選作基準(zhǔn)，將加工圓心上調(diào)，增加曲率，使低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下油膜容易形成；開頂軸油口，將1頂軸油管道接入頂軸油站，并加上溢流閥、調(diào)節(jié)閥、逆止閥和壓力表等，兩側(cè)瓦塊加工溫度測點孔[2]。
鑒于軸瓦內(nèi)部油壓下降，是由軸瓦油擋磨損，導(dǎo)致大量漏油造成低轉(zhuǎn)速情況下無法形成油膜，針對此問題采取減少回油孔直徑的方法來加大1號瓦腔室的油壓，還能對回油溫度進(jìn)行監(jiān)測；同時，以機(jī)組發(fā)生低速搟瓦現(xiàn)象的位置為依據(jù)，找出負(fù)荷過載位置，將負(fù)荷較低的軸瓦標(biāo)高提升，又或者把負(fù)荷較大的軸瓦位置降低，使軸系負(fù)荷均衡，減少軸瓦的損壞。
（2）優(yōu)化機(jī)組運行方式。為確保潤滑油不被雜質(zhì)污染，使其清潔度能夠達(dá)到NAS6級，因而開啟運行機(jī)組前應(yīng)該打油循。開啟1號機(jī)組時，高中壓缸軸封的送汽溫度設(shè)定為180至200℃，壓力保持0.13MPa（a），轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min時，應(yīng)將高中壓軸封送汽的溫度調(diào)節(jié)到200至260℃。當(dāng)機(jī)組停機(jī)時，也應(yīng)將溫度維持在200至260℃和0.13MPa（a）的壓力下，保證軸封系統(tǒng)正常運行。
當(dāng)1號汽輪機(jī)啟動且處于0至1500r/min的轉(zhuǎn)速時，保證潤滑油的溫度在30至35℃，使?jié)櫥湍芙⒂湍ぃ晦D(zhuǎn)速達(dá)到1500至3000r/min時，控制溫度保持在45℃，確保油膜不會變厚，瓦溫不會過高。
把1號汽輪機(jī)的速度提升率設(shè)定在70r/min，追蹤1、2號軸瓦的瓦溫和進(jìn)油壓力，轉(zhuǎn)速達(dá)到400/min時，在確保瓦溫正常的情況下繼續(xù)升速。
2號汽輪機(jī)停機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到1500至3000r/min，將進(jìn)油溫度保持在45℃，高中壓軸封送汽溫度設(shè)定在200至260℃，轉(zhuǎn)速降到0至1500r/min時，油溫30至35℃，保證能在低轉(zhuǎn)速時形成油膜，高中壓軸封送汽溫度則維持在180至200℃。
2號汽輪機(jī)停機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到1500至3000r/min，設(shè)定潤滑油進(jìn)油溫度在45℃，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至0至1500r/min，則進(jìn)油溫度為30至35℃。
當(dāng)1號汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、2號機(jī)惰走情況下，工作人員必須密切關(guān)注各軸瓦的溫度。如果1號汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)時出現(xiàn)軸瓦溫度升高，則進(jìn)行打閘處理；如果2號汽輪機(jī)在惰走時出現(xiàn)500r/min的轉(zhuǎn)速時，則采取開直流油泵的措施來提高油壓。
4 總結(jié)
軸瓦損壞的原因復(fù)雜多樣，我們要做到具體情況具體分析，盡快找出解決方案，降低損失。
參考文獻(xiàn)：
[1]姜小龍.超超臨界機(jī)組軸承失效分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013（04）.
[2]林西奎，許東海，李祥苓，徐偉，劉運城.660MW超超臨界汽輪機(jī)軸瓦損壞原因分析及處理[J].電力建設(shè)，2011（5）.
1 前言
660MW超臨界汽輪機(jī)作為火力發(fā)電的主要設(shè)備，該設(shè)備比亞臨界機(jī)組的熱效率更高，對環(huán)境的污染更小，具有更好的節(jié)能減排效果，因而在我國的火力發(fā)電廠中被廣泛推行使用。但是，由于我國使用660MW超臨界汽輪機(jī)的年限較短，使用中操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐奢S瓦損壞的現(xiàn)象頻繁發(fā)生，不僅影響正常的發(fā)電工作，蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會引發(fā)機(jī)組的安全隱患，造成人員傷亡。為規(guī)避這類惡性事故的產(chǎn)生，很有必要找出汽輪機(jī)軸瓦的損壞原因，且針對各類原因提出處理方案。
2 軸承的工作原理及其影響因素
以潤滑理論為依據(jù)，對于動壓滑動軸承而言，若軸承承受的負(fù)載太重，軸承油膜較易破損，從而造成軸承和軸頸之間部分地方出現(xiàn)干摩擦，使得軸瓦溫度驟升；而如果軸承負(fù)重較輕，油膜相對較厚，就容易出現(xiàn)因失穩(wěn)產(chǎn)生的油膜振蕩。為了確保軸瓦溫度既不會過高也不會出現(xiàn)油膜振蕩的現(xiàn)象，就要保證油膜適宜，既不薄也不厚。所以相關(guān)工作人員需要研究軸承負(fù)載和油膜厚薄兩者間的參數(shù)設(shè)置，也就是平時監(jiān)測的軸承溫度與振動反應(yīng)油膜的厚度情況。會對油膜工作狀態(tài)產(chǎn)生影響的因素很多，主要有以下幾類。
（1）軸承承重負(fù)載不均衡。軸封密封不嚴(yán)出現(xiàn)漏汽引發(fā)軸承座標(biāo)高的變化，轉(zhuǎn)子受到很大向下的力、轉(zhuǎn)速高于被允許的值，較大的軸振動，轉(zhuǎn)子中心偏差、軸承揚(yáng)度與溫度發(fā)生變化等，這些都會引起軸承負(fù)載量不均衡。
（2）軸承球面的自動調(diào)整能力變差[1]。軸承間隙太大或太小，軸承底座加墊片的太多，可傾瓦墊塊的方向裝反進(jìn)而限制活動范圍，軸承緊力較大，軸承安裝偏斜，軸承和軸頸揚(yáng)度不統(tǒng)一等，都會使軸承球面的自動調(diào)整能力變?nèi)酢?br /> （3）使用油質(zhì)差的軸承潤滑油。潤滑油質(zhì)量的好壞會對汽輪機(jī)運行的安全性產(chǎn)生直接影響。因為潤滑油主要是為了減少軸承摩擦損失、潤滑軸承、冷卻軸承，潤滑油黏度不符、回油不暢、斷油、油流量太大或太小、油溫太高或太低，油質(zhì)不好或惡化，當(dāng)中潤滑油壓力太高或太低，而油質(zhì)變差的主要是因為雜質(zhì)進(jìn)入到潤滑油中，油膜壓力降低，頂軸油管的逆止閥沒有關(guān)緊，軸承或油流中有雜物或氣體存在等，均會使軸承溫度驟升，導(dǎo)致軸徑拉傷和軸承損壞。
（4）軸承鎢金澆鑄質(zhì)量不過關(guān)。澆鑄質(zhì)量不合格，當(dāng)出現(xiàn)溫度升高或承受動載荷時，會加劇結(jié)合不牢固，脫胎現(xiàn)象加重。
3 以某發(fā)電公司660MW超超臨界汽輪機(jī)軸瓦損壞為例
3.1情況說明
某發(fā)電廠一期工程2*660MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，從投產(chǎn)以來1號機(jī)組的1號軸瓦低速搟瓦事故頻發(fā)，2號機(jī)組2號軸瓦滑停時，發(fā)現(xiàn)瓦溫在低轉(zhuǎn)速波動現(xiàn)象，開機(jī)時又有低轉(zhuǎn)速搟瓦現(xiàn)象。2臺機(jī)組運行時共出現(xiàn)十次低速碾瓦現(xiàn)象，七次出現(xiàn)在機(jī)組惰走階段且均為1號機(jī)，三次出現(xiàn)在機(jī)組開啟階段，其中1號機(jī)發(fā)生兩次，2號機(jī)發(fā)生1次。
3.2原因分析
（1）軸瓦負(fù)荷分配不均衡。某發(fā)電廠的兩臺汽輪機(jī)均為制造公司引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)出來的，軸瓦為制造公司生產(chǎn)。機(jī)組帶負(fù)荷啟動時2號軸瓦的負(fù)荷增加，會有超1號軸瓦的情況發(fā)生。1、2號汽輪機(jī)的軸瓦為上下3塊的可傾瓦，但實際運行時Z底部的1塊瓦塊承受了所有負(fù)荷，因而低轉(zhuǎn)速時，再加上瀕臨油膜失衡點，極易出現(xiàn)搟瓦現(xiàn)象。發(fā)電廠認(rèn)為軸瓦設(shè)計不合理，制造公司則認(rèn)為啟動時軸封過高的溫度引起軸頸變大，導(dǎo)致軸瓦間隙變小。
處理此事故時應(yīng)考慮將1號軸瓦的負(fù)荷量進(jìn)行調(diào)整，將2號軸瓦的高度抬高0.2mm，發(fā)現(xiàn)啟動時2號軸瓦溫度正常。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到40至60r/min時，汽輪機(jī)停機(jī)，2號軸瓦溫度升高3至4℃，此現(xiàn)象可能是因為油膜處于失衡臨界點，轉(zhuǎn)子沖擊軸瓦導(dǎo)致，如果加頂軸油，則在啟動、停機(jī)時2號軸瓦負(fù)荷小，起不到明顯作用，還會對其他軸瓦頂軸壓力造成影響，故而未實施。
（2）轉(zhuǎn)子軸頂膨脹導(dǎo)致軸承無力承載進(jìn)而引發(fā)磨損。機(jī)組惰走的過程中，軸封內(nèi)氣壓降低，但高排轉(zhuǎn)子的溫度會達(dá)到310℃左右，此時軸封蒸汽起不到相應(yīng)的冷卻轉(zhuǎn)子作用，熱量便會導(dǎo)熱至軸頸處，使軸頸溫度升高，軸承難以形成油膜，無法承重，油膜就會破裂，導(dǎo)致碾瓦現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)機(jī)組常規(guī)運行時，盡管軸封的溫度仍是310℃左右，但過快的轉(zhuǎn)速會使?jié)櫥蛯S頸的冷卻增強(qiáng)，軸承溫度正常，因而機(jī)組能夠正常運行。
3.3故障處理措施
（1）設(shè)置合理的軸承負(fù)載，優(yōu)化軸瓦設(shè)計。對于有問題的軸承，更換其上下6個瓦塊，同時加深上半部分3個瓦塊的油槽深度，使過油量增多。對于機(jī)組空負(fù)荷定速到達(dá)3000r/min時，高排汽缸的溫度會高至410至430℃，把下半部分瓦塊的Z低點選作基準(zhǔn)，將加工圓心上調(diào)，增加曲率，使低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下油膜容易形成；開頂軸油口，將1頂軸油管道接入頂軸油站，并加上溢流閥、調(diào)節(jié)閥、逆止閥和壓力表等，兩側(cè)瓦塊加工溫度測點孔[2]。
鑒于軸瓦內(nèi)部油壓下降，是由軸瓦油擋磨損，導(dǎo)致大量漏油造成低轉(zhuǎn)速情況下無法形成油膜，針對此問題采取減少回油孔直徑的方法來加大1號瓦腔室的油壓，還能對回油溫度進(jìn)行監(jiān)測；同時，以機(jī)組發(fā)生低速搟瓦現(xiàn)象的位置為依據(jù)，找出負(fù)荷過載位置，將負(fù)荷較低的軸瓦標(biāo)高提升，又或者把負(fù)荷較大的軸瓦位置降低，使軸系負(fù)荷均衡，減少軸瓦的損壞。
（2）優(yōu)化機(jī)組運行方式。為確保潤滑油不被雜質(zhì)污染，使其清潔度能夠達(dá)到NAS6級，因而開啟運行機(jī)組前應(yīng)該打油循。開啟1號機(jī)組時，高中壓缸軸封的送汽溫度設(shè)定為180至200℃，壓力保持0.13MPa（a），轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min時，應(yīng)將高中壓軸封送汽的溫度調(diào)節(jié)到200至260℃。當(dāng)機(jī)組停機(jī)時，也應(yīng)將溫度維持在200至260℃和0.13MPa（a）的壓力下，保證軸封系統(tǒng)正常運行。
當(dāng)1號汽輪機(jī)啟動且處于0至1500r/min的轉(zhuǎn)速時，保證潤滑油的溫度在30至35℃，使?jié)櫥湍芙⒂湍ぃ晦D(zhuǎn)速達(dá)到1500至3000r/min時，控制溫度保持在45℃，確保油膜不會變厚，瓦溫不會過高。
把1號汽輪機(jī)的速度提升率設(shè)定在70r/min，追蹤1、2號軸瓦的瓦溫和進(jìn)油壓力，轉(zhuǎn)速達(dá)到400/min時，在確保瓦溫正常的情況下繼續(xù)升速。
2號汽輪機(jī)停機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到1500至3000r/min，將進(jìn)油溫度保持在45℃，高中壓軸封送汽溫度設(shè)定在200至260℃，轉(zhuǎn)速降到0至1500r/min時，油溫30至35℃，保證能在低轉(zhuǎn)速時形成油膜，高中壓軸封送汽溫度則維持在180至200℃。
2號汽輪機(jī)停機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到1500至3000r/min，設(shè)定潤滑油進(jìn)油溫度在45℃，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至0至1500r/min，則進(jìn)油溫度為30至35℃。
當(dāng)1號汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、2號機(jī)惰走情況下，工作人員必須密切關(guān)注各軸瓦的溫度。如果1號汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)時出現(xiàn)軸瓦溫度升高，則進(jìn)行打閘處理；如果2號汽輪機(jī)在惰走時出現(xiàn)500r/min的轉(zhuǎn)速時，則采取開直流油泵的措施來提高油壓。
4 總結(jié)
軸瓦損壞的原因復(fù)雜多樣，我們要做到具體情況具體分析，盡快找出解決方案，降低損失。
參考文獻(xiàn)：
[1]姜小龍.超超臨界機(jī)組軸承失效分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013（04）.
[2]林西奎，許東海，李祥苓，徐偉，劉運城.660MW超超臨界汽輪機(jī)軸瓦損壞原因分析及處理[J].電力建設(shè)，2011（5）.
來源：《華東科技：學(xué)術(shù)版》2015年第7月
