660MW超超臨界汽輪機軸瓦損壞原因分析及處理
2016-08-19安正鋒
（大唐甘肅景泰發電廠）
【摘 要】我國煤炭資源豐富，因而我國主要的發電形式就是火力發電。660MW超臨界汽輪機是火力發電的主要設備，而軸瓦又是汽輪機的重要組成零部件之一，所以在火力發電廠中汽輪機的軸瓦如果損壞，不但會影響發電，還有可能造成重大的設備損壞安全事故。分析660MW超超臨界汽輪機軸瓦的損壞原因，并及時進行處理，對火力發電具有重要意義。
【關鍵詞】火力發電；660MW超臨界汽輪機；軸瓦；損壞原因；及時處理
1 前言
660MW超臨界汽輪機作為火力發電的主要設備，該設備比亞臨界機組的熱效率更高，對環境的污染更小，具有更好的節能減排效果，因而在我國的火力發電廠中被廣泛推行使用。但是，由于我國使用660MW超臨界汽輪機的年限較短，使用中操作不當等原因造成軸瓦損壞的現象頻繁發生，不僅影響正常的發電工作，蒙受巨大的經濟損失，而且會引發機組的安全隱患，造成人員傷亡。為規避這類惡性事故的產生，很有必要找出汽輪機軸瓦的損壞原因，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，對于動壓滑動軸承而言，若軸承承受的負載太重，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干摩擦，使得軸瓦溫度驟升；而如果軸承負重較輕，油膜相對較厚，就容易出現因失穩產生的油膜振蕩。為了確保軸瓦溫度既不會過高也不會出現油膜振蕩的現象，就要保證油膜適宜，既不薄也不厚。所以相關工作人員需要研究軸承負載和油膜厚薄兩者間的參數設置，也就是平時監測的軸承溫度與振動反應油膜的厚度情況。會對油膜工作狀態產生影響的因素很多，主要有以下幾類。
（1）軸承承重負載不均衡。軸封密封不嚴出現漏汽引發軸承座標高的變化，轉子受到很大向下的力、轉速高于被允許的值，較大的軸振動，轉子中心偏差、軸承揚度與溫度發生變化等，這些都會引起軸承負載量不均衡。
（2）軸承球面的自動調整能力變差[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，軸承和軸頸揚度不統一等，都會使軸承球面的自動調整能力變弱。
（3）使用油質差的軸承潤滑油。潤滑油質量的好壞會對汽輪機運行的安全性產生直接影響。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，油質不好或惡化，當中潤滑油壓力太高或太低，而油質變差的主要是因為雜質進入到潤滑油中，油膜壓力降低，頂軸油管的逆止閥沒有關緊，軸承或油流中有雜物或氣體存在等，均會使軸承溫度驟升，導致軸徑拉傷和軸承損壞。
（4）軸承鎢金澆鑄質量不過關。澆鑄質量不合格，當出現溫度升高或承受動載荷時，會加劇結合不牢固，脫胎現象加重。
3 以某發電公司660MW超超臨界汽輪機軸瓦損壞為例
3.1情況說明
某發電廠一期工程2*660MW超臨界汽輪發電機組，從投產以來1號機組的1號軸瓦低速搟瓦事故頻發，2號機組2號軸瓦滑停時，發現瓦溫在低轉速波動現象，開機時又有低轉速搟瓦現象。2臺機組運行時共出現十次低速碾瓦現象，七次出現在機組惰走階段且均為1號機，三次出現在機組開啟階段，其中1號機發生兩次，2號機發生1次。
3.2原因分析
（1）軸瓦負荷分配不均衡。某發電廠的兩臺汽輪機均為制造公司引進日立技術生產出來的，軸瓦為制造公司生產。機組帶負荷啟動時2號軸瓦的負荷增加，會有超1號軸瓦的情況發生。1、2號汽輪機的軸瓦為上下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荷，因而低轉速時，再加上瀕臨油膜失衡點，極易出現搟瓦現象。發電廠認為軸瓦設計不合理，制造公司則認為啟動時軸封過高的溫度引起軸頸變大，導致軸瓦間隙變小。
處理此事故時應考慮將1號軸瓦的負荷量進行調整，將2號軸瓦的高度抬高0.2mm，發現啟動時2號軸瓦溫度正常。當轉速達到40至60r/min時，汽輪機停機，2號軸瓦溫度升高3至4℃，此現象可能是因為油膜處于失衡臨界點，轉子沖擊軸瓦導致，如果加頂軸油，則在啟動、停機時2號軸瓦負荷小，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）轉子軸頂膨脹導致軸承無力承載進而引發磨損。機組惰走的過程中，軸封內氣壓降低，但高排轉子的溫度會達到310℃左右，此時軸封蒸汽起不到相應的冷卻轉子作用，熱量便會導熱至軸頸處，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，導致碾瓦現象的發生。當機組常規運行時，盡管軸封的溫度仍是310℃左右，但過快的轉速會使潤滑油對軸頸的冷卻增強，軸承溫度正常，因而機組能夠正常運行。
3.3故障處理措施
（1）設置合理的軸承負載，優化軸瓦設計。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。對于機組空負荷定速到達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，將加工圓心上調，增加曲率，使低轉速狀態下油膜容易形成；開頂軸油口，將1頂軸油管道接入頂軸油站，并加上溢流閥、調節閥、逆止閥和壓力表等，兩側瓦塊加工溫度測點孔[2]。
鑒于軸瓦內部油壓下降，是由軸瓦油擋磨損，導致大量漏油造成低轉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，還能對回油溫度進行監測；同時，以機組發生低速搟瓦現象的位置為依據，找出負荷過載位置，將負荷較低的軸瓦標高提升，又或者把負荷較大的軸瓦位置降低，使軸系負荷均衡，減少軸瓦的損壞。
（2）優化機組運行方式。為確保潤滑油不被雜質污染，使其清潔度能夠達到NAS6級，因而開啟運行機組前應該打油循。開啟1號機組時，高中壓缸軸封的送汽溫度設定為180至200℃，壓力保持0.13MPa（a），轉速達到1500r/min時，應將高中壓軸封送汽的溫度調節到200至260℃。當機組停機時，也應將溫度維持在200至260℃和0.13MPa（a）的壓力下，保證軸封系統正常運行。
當1號汽輪機啟動且處于0至1500r/min的轉速時，保證潤滑油的溫度在30至35℃，使潤滑油能建立油膜；轉速達到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號汽輪機的速度提升率設定在70r/min，追蹤1、2號軸瓦的瓦溫和進油壓力，轉速達到400/min時，在確保瓦溫正常的情況下繼續升速。
2號汽輪機停機，轉速達到1500至3000r/min，將進油溫度保持在45℃，高中壓軸封送汽溫度設定在200至260℃，轉速降到0至1500r/min時，油溫30至35℃，保證能在低轉速時形成油膜，高中壓軸封送汽溫度則維持在180至200℃。
2號汽輪機停機，轉速達到1500至3000r/min，設定潤滑油進油溫度在45℃，當轉速降至0至1500r/min，則進油溫度為30至35℃。
當1號汽輪機沖轉、2號機惰走情況下，工作人員必須密切關注各軸瓦的溫度。如果1號汽輪機在沖轉時出現軸瓦溫度升高，則進行打閘處理；如果2號汽輪機在惰走時出現500r/min的轉速時，則采取開直流油泵的措施來提高油壓。
4 總結
軸瓦損壞的原因復雜多樣，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：
[1]姜小龍.超超臨界機組軸承失效分析[J].機電工程技術，2013（04）.
[2]林西奎，許東海，李祥苓，徐偉，劉運城.660MW超超臨界汽輪機軸瓦損壞原因分析及處理[J].電力建設，2011（5）.
1 前言
660MW超臨界汽輪機作為火力發電的主要設備，該設備比亞臨界機組的熱效率更高，對環境的污染更小，具有更好的節能減排效果，因而在我國的火力發電廠中被廣泛推行使用。但是，由于我國使用660MW超臨界汽輪機的年限較短，使用中操作不當等原因造成軸瓦損壞的現象頻繁發生，不僅影響正常的發電工作，蒙受巨大的經濟損失，而且會引發機組的安全隱患，造成人員傷亡。為規避這類惡性事故的產生，很有必要找出汽輪機軸瓦的損壞原因，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，對于動壓滑動軸承而言，若軸承承受的負載太重，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干摩擦，使得軸瓦溫度驟升；而如果軸承負重較輕，油膜相對較厚，就容易出現因失穩產生的油膜振蕩。為了確保軸瓦溫度既不會過高也不會出現油膜振蕩的現象，就要保證油膜適宜，既不薄也不厚。所以相關工作人員需要研究軸承負載和油膜厚薄兩者間的參數設置，也就是平時監測的軸承溫度與振動反應油膜的厚度情況。會對油膜工作狀態產生影響的因素很多，主要有以下幾類。
（1）軸承承重負載不均衡。軸封密封不嚴出現漏汽引發軸承座標高的變化，轉子受到很大向下的力、轉速高于被允許的值，較大的軸振動，轉子中心偏差、軸承揚度與溫度發生變化等，這些都會引起軸承負載量不均衡。
（2）軸承球面的自動調整能力變差[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，軸承和軸頸揚度不統一等，都會使軸承球面的自動調整能力變弱。
（3）使用油質差的軸承潤滑油。潤滑油質量的好壞會對汽輪機運行的安全性產生直接影響。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，油質不好或惡化，當中潤滑油壓力太高或太低，而油質變差的主要是因為雜質進入到潤滑油中，油膜壓力降低，頂軸油管的逆止閥沒有關緊，軸承或油流中有雜物或氣體存在等，均會使軸承溫度驟升，導致軸徑拉傷和軸承損壞。
（4）軸承鎢金澆鑄質量不過關。澆鑄質量不合格，當出現溫度升高或承受動載荷時，會加劇結合不牢固，脫胎現象加重。
3 以某發電公司660MW超超臨界汽輪機軸瓦損壞為例
3.1情況說明
某發電廠一期工程2*660MW超臨界汽輪發電機組，從投產以來1號機組的1號軸瓦低速搟瓦事故頻發，2號機組2號軸瓦滑停時，發現瓦溫在低轉速波動現象，開機時又有低轉速搟瓦現象。2臺機組運行時共出現十次低速碾瓦現象，七次出現在機組惰走階段且均為1號機，三次出現在機組開啟階段，其中1號機發生兩次，2號機發生1次。
3.2原因分析
（1）軸瓦負荷分配不均衡。某發電廠的兩臺汽輪機均為制造公司引進日立技術生產出來的，軸瓦為制造公司生產。機組帶負荷啟動時2號軸瓦的負荷增加，會有超1號軸瓦的情況發生。1、2號汽輪機的軸瓦為上下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荷，因而低轉速時，再加上瀕臨油膜失衡點，極易出現搟瓦現象。發電廠認為軸瓦設計不合理，制造公司則認為啟動時軸封過高的溫度引起軸頸變大，導致軸瓦間隙變小。
處理此事故時應考慮將1號軸瓦的負荷量進行調整，將2號軸瓦的高度抬高0.2mm，發現啟動時2號軸瓦溫度正常。當轉速達到40至60r/min時，汽輪機停機，2號軸瓦溫度升高3至4℃，此現象可能是因為油膜處于失衡臨界點，轉子沖擊軸瓦導致，如果加頂軸油，則在啟動、停機時2號軸瓦負荷小，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）轉子軸頂膨脹導致軸承無力承載進而引發磨損。機組惰走的過程中，軸封內氣壓降低，但高排轉子的溫度會達到310℃左右，此時軸封蒸汽起不到相應的冷卻轉子作用，熱量便會導熱至軸頸處，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，導致碾瓦現象的發生。當機組常規運行時，盡管軸封的溫度仍是310℃左右，但過快的轉速會使潤滑油對軸頸的冷卻增強，軸承溫度正常，因而機組能夠正常運行。
3.3故障處理措施
（1）設置合理的軸承負載，優化軸瓦設計。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。對于機組空負荷定速到達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，將加工圓心上調，增加曲率，使低轉速狀態下油膜容易形成；開頂軸油口，將1頂軸油管道接入頂軸油站，并加上溢流閥、調節閥、逆止閥和壓力表等，兩側瓦塊加工溫度測點孔[2]。
鑒于軸瓦內部油壓下降，是由軸瓦油擋磨損，導致大量漏油造成低轉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，還能對回油溫度進行監測；同時，以機組發生低速搟瓦現象的位置為依據，找出負荷過載位置，將負荷較低的軸瓦標高提升，又或者把負荷較大的軸瓦位置降低，使軸系負荷均衡，減少軸瓦的損壞。
（2）優化機組運行方式。為確保潤滑油不被雜質污染，使其清潔度能夠達到NAS6級，因而開啟運行機組前應該打油循。開啟1號機組時，高中壓缸軸封的送汽溫度設定為180至200℃，壓力保持0.13MPa（a），轉速達到1500r/min時，應將高中壓軸封送汽的溫度調節到200至260℃。當機組停機時，也應將溫度維持在200至260℃和0.13MPa（a）的壓力下，保證軸封系統正常運行。
當1號汽輪機啟動且處于0至1500r/min的轉速時，保證潤滑油的溫度在30至35℃，使潤滑油能建立油膜；轉速達到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號汽輪機的速度提升率設定在70r/min，追蹤1、2號軸瓦的瓦溫和進油壓力，轉速達到400/min時，在確保瓦溫正常的情況下繼續升速。
2號汽輪機停機，轉速達到1500至3000r/min，將進油溫度保持在45℃，高中壓軸封送汽溫度設定在200至260℃，轉速降到0至1500r/min時，油溫30至35℃，保證能在低轉速時形成油膜，高中壓軸封送汽溫度則維持在180至200℃。
2號汽輪機停機，轉速達到1500至3000r/min，設定潤滑油進油溫度在45℃，當轉速降至0至1500r/min，則進油溫度為30至35℃。
當1號汽輪機沖轉、2號機惰走情況下，工作人員必須密切關注各軸瓦的溫度。如果1號汽輪機在沖轉時出現軸瓦溫度升高，則進行打閘處理；如果2號汽輪機在惰走時出現500r/min的轉速時，則采取開直流油泵的措施來提高油壓。
4 總結
軸瓦損壞的原因復雜多樣，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：
[1]姜小龍.超超臨界機組軸承失效分析[J].機電工程技術，2013（04）.
[2]林西奎，許東海，李祥苓，徐偉，劉運城.660MW超超臨界汽輪機軸瓦損壞原因分析及處理[J].電力建設，2011（5）.
來源：《華東科技：學術版》2015年第7月
