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國產300MW機組軸承座改造
2013-06-19
馬駿馳
（諫壁發電廠，江蘇 鎮江 212006）
（諫壁發電廠，江蘇 鎮江 212006）
摘 要：針對早期國產300MW汽輪發電機組在運行中存在膨脹不暢的問題，與西門子公司合作，利用7號機大修，在軸承座改造中采用先進的Deva合金材料替代原有的軸承座底部臺板滑塊，消除了缺陷，取得了較好的節能效果，還介紹了安裝工藝和注意事項。
關鍵詞：國產機組；軸承座；膨脹不暢；消除缺陷
我廠7號機[N300-165/550/550(Ⅰ)型，上汽廠國產300MW第5臺]第6次大修中，針對3號軸承座在機組啟停過程中經常出現翹頭，致使4號軸承負載較大，軸瓦溫度偏高、烏金燒壞等缺陷，與西門子公司合作，采用Deva合金材料替代原有的1、2號軸承座底部臺板滑塊，經過一段時間的運行證明，較好地解決了機組在運行中膨脹不暢的問題。
1 軸承座改造方案
1.1 設備狀況
7號機本體部分由4只汽缸和5只軸承座組成，高、中壓缸各通過其外上缸前后貓爪支承在軸承座上，并由4對橫銷來保持前面3只軸承座與高中壓缸的軸向距離，2只低壓缸通過外下缸座落在汽缸座架上。
在3號軸承座的底部與座架之間裝有2只橫銷，構成高中壓缸及前面2只軸承座對座架的膨脹死點，膨脹時3號軸承座不動，中壓缸向機頭方向膨脹，同時推動高壓缸及前面2只軸承座向前；另外，高壓缸的膨脹又繼續將1號軸承座向機頭推進，因此1號軸承座的軸向位移表示了高中壓缸的膨脹值之和。
為了減少1、2號軸承座與座架平面在脹縮時的摩擦系數，制造廠采用在座架臺板上嵌入由20號鋼加工制成的滑塊，并通有潤滑油槽。運行中每隔15d從外部用專用泵注入按一定配方比例調制的高溫潤滑脂，以改善脹縮性能。
1.2 缺陷分析
在運行中往軸承座底部與20號鋼滑塊之間加高溫潤滑脂，這種措施不太合理。盡管理論上摩擦系數較小，但高溫潤滑脂在運行一段時間后容易在金屬滑塊表面形成干結（7號機1、2號軸承座解體后發現滑塊表面有干結現象），影響了滑動效果，導致機組啟動過程中高中壓缸膨脹受阻。一旦中壓缸膨脹受阻，汽缸貓爪便在3號軸承座軸向產生一個很大的翻轉力矩，而國產早期300MW機組3號軸承座剛性差，與臺板固定不牢，容易發生軸承座翹頭，使4號軸瓦抬高，載荷增加，瓦溫升高。
1.3 改造方案
解決該問題有兩種基本方法：種是降低1、2號軸承座滑動表面的摩擦系數；第二種是降低基座的翻轉力矩，重新設計軸承座，降低汽缸固定在軸承座上的高度。
我廠同西門子公司經過充分接觸后，決定在軸承座底座與臺板之間采用一種低摩擦系數材料（Deva合金）替代原有滑塊，這樣就不用在運行中注入高溫潤滑脂。
2 Deva合金材料
Deva合金是一種燒結金屬，由一種固體潤滑劑（石墨）埋入金屬母體（青銅）內做成。廠商規定摩擦系數為：0.10～0.15，Z高承壓能力接近150N/mm2 。在蒸汽輪機行業的應用中，西門子公司將其承壓限制到7N/mm2，以保證Z小的摩損。
通過計算，我廠7號機通流部分改造后，采用Deva合金作滑塊，1、2號軸承座底部Deva合金滑塊承壓分別為2.21N/mm2和2.47N/mm2。Deva合金的摩損率呈非線性，在開始的5a內，摩損率不超過0.025mm/a，在下一個5～10a內，降低到0.008mm/a或更低。經過計算，我廠7號機改造后，1、2號軸承座滑動力分別為71250N和116850N。
西門子公司介紹，自1968年至今，在30～660MW多臺機組上使用了Deva合金材料，效果很好。如英國Tilburyp.S發電廠某臺350MW機組升至某一轉速時，發生高壓缸與中壓缸之間軸承座傾斜，使軸承卸載。當時采取的措施是暖機3～4h，讓其自身校正不均勻的膨脹。在1991年，安裝了Deva合金滑塊，至今沒有發生不均勻膨脹和軸承卸載問題，因此在啟動措施中取消了暖機階段。經過4a的運行，DaVa合金板的厚度經檢查沒有改變。
3 安裝工藝
原1、2號軸承座底部各有6組和8組滑塊分別嵌入臺板滑塊槽中，滑塊略高出臺板基準面與軸承座底部平面構成滑動表面。改進后的滑動面采用軸承座底部裝不銹鋼板與Deva合金嵌塊接觸的形式，以確保0.15的摩擦系數。Deva合金嵌入一托板中，高出托板約3mm，托板嵌在臺板的原滑塊槽中。因不銹鋼板約厚20mm，故滑動表面低于臺板基準面，給合金的安裝及檢查帶來了一定的困難。原設計考慮對軸承座底部切削加工后加裝不銹鋼板，以保證Deva合金表面與原滑塊表面高度齊平，從而保證軸承座中分面標高不變。后因考慮軸承座底部切削后的強度及滲漏油得不到保證，故取消了原設計方案。
安裝Deva合金滑塊必須注意以下問題：
（1）要釋放盡高中壓缸殘余應力，確保汽缸及軸承座收縮到位。
（2）測定1、2號軸承座相對于臺板的定位尺寸、軸承座標高尺寸、軸承座中分面水平；在軸承座A、B排底部標定與各滑塊槽道中心線對應點位置，作為安裝不銹鋼板時的軸向定位基準。
（3）軸承座加裝不銹鋼板時，需根據不銹鋼板寬度、原滑塊槽道寬度、Deva合金寬度等尺寸統籌考慮不銹鋼板的軸向定位，確保1、2號軸承座膨脹過程中，不銹鋼板不受滑塊槽道壁阻礙。在脹足位置，不銹鋼板與Deva合金表面應有Z大的承載接觸面積。
（4）加工后的軸承座底部不銹鋼板平面，必須在同一平面上并保證足夠的光潔度，加工厚度的確定以保證返送電廠裝配后軸承座中分面標高基本不變為前提。
（5）認真檢查每塊不銹鋼板與對應的Deva合金表面的接觸情況，若接觸不好，可對相應Deva合金托板高度進行適當調整，確保每塊接觸均勻。
（6）1、2號軸承座就位后必須保證其定位與吊出前定位尺寸一樣，從而確保汽缸及轉子就位后相對軸承座位置基本不變。
4 結束語
從1999年4月9日至今，7號機經歷了數次啟停，每次啟動，高中壓缸均能迅速膨脹，節約了沖轉及暖機時間，且4號軸瓦溫度一直處于正常。改造后，在330MW負荷下，1號軸承座膨脹值長期為29mm，2號軸承座為18mm。
通過Deva合金在軸承座改造中的應用，膨脹不暢這一長期困擾著運行及檢修人員的問題，終于得到解決。
關鍵詞：國產機組；軸承座；膨脹不暢；消除缺陷
我廠7號機[N300-165/550/550(Ⅰ)型，上汽廠國產300MW第5臺]第6次大修中，針對3號軸承座在機組啟停過程中經常出現翹頭，致使4號軸承負載較大，軸瓦溫度偏高、烏金燒壞等缺陷，與西門子公司合作，采用Deva合金材料替代原有的1、2號軸承座底部臺板滑塊，經過一段時間的運行證明，較好地解決了機組在運行中膨脹不暢的問題。
1 軸承座改造方案
1.1 設備狀況
7號機本體部分由4只汽缸和5只軸承座組成，高、中壓缸各通過其外上缸前后貓爪支承在軸承座上，并由4對橫銷來保持前面3只軸承座與高中壓缸的軸向距離，2只低壓缸通過外下缸座落在汽缸座架上。
在3號軸承座的底部與座架之間裝有2只橫銷，構成高中壓缸及前面2只軸承座對座架的膨脹死點，膨脹時3號軸承座不動，中壓缸向機頭方向膨脹，同時推動高壓缸及前面2只軸承座向前；另外，高壓缸的膨脹又繼續將1號軸承座向機頭推進，因此1號軸承座的軸向位移表示了高中壓缸的膨脹值之和。
為了減少1、2號軸承座與座架平面在脹縮時的摩擦系數，制造廠采用在座架臺板上嵌入由20號鋼加工制成的滑塊，并通有潤滑油槽。運行中每隔15d從外部用專用泵注入按一定配方比例調制的高溫潤滑脂，以改善脹縮性能。
1.2 缺陷分析
在運行中往軸承座底部與20號鋼滑塊之間加高溫潤滑脂，這種措施不太合理。盡管理論上摩擦系數較小，但高溫潤滑脂在運行一段時間后容易在金屬滑塊表面形成干結（7號機1、2號軸承座解體后發現滑塊表面有干結現象），影響了滑動效果，導致機組啟動過程中高中壓缸膨脹受阻。一旦中壓缸膨脹受阻，汽缸貓爪便在3號軸承座軸向產生一個很大的翻轉力矩，而國產早期300MW機組3號軸承座剛性差，與臺板固定不牢，容易發生軸承座翹頭，使4號軸瓦抬高，載荷增加，瓦溫升高。
1.3 改造方案
解決該問題有兩種基本方法：種是降低1、2號軸承座滑動表面的摩擦系數；第二種是降低基座的翻轉力矩，重新設計軸承座，降低汽缸固定在軸承座上的高度。
我廠同西門子公司經過充分接觸后，決定在軸承座底座與臺板之間采用一種低摩擦系數材料（Deva合金）替代原有滑塊，這樣就不用在運行中注入高溫潤滑脂。
2 Deva合金材料
Deva合金是一種燒結金屬，由一種固體潤滑劑（石墨）埋入金屬母體（青銅）內做成。廠商規定摩擦系數為：0.10～0.15，Z高承壓能力接近150N/mm2 。在蒸汽輪機行業的應用中，西門子公司將其承壓限制到7N/mm2，以保證Z小的摩損。
通過計算，我廠7號機通流部分改造后，采用Deva合金作滑塊，1、2號軸承座底部Deva合金滑塊承壓分別為2.21N/mm2和2.47N/mm2。Deva合金的摩損率呈非線性，在開始的5a內，摩損率不超過0.025mm/a，在下一個5～10a內，降低到0.008mm/a或更低。經過計算，我廠7號機改造后，1、2號軸承座滑動力分別為71250N和116850N。
西門子公司介紹，自1968年至今，在30～660MW多臺機組上使用了Deva合金材料，效果很好。如英國Tilburyp.S發電廠某臺350MW機組升至某一轉速時，發生高壓缸與中壓缸之間軸承座傾斜，使軸承卸載。當時采取的措施是暖機3～4h，讓其自身校正不均勻的膨脹。在1991年，安裝了Deva合金滑塊，至今沒有發生不均勻膨脹和軸承卸載問題，因此在啟動措施中取消了暖機階段。經過4a的運行，DaVa合金板的厚度經檢查沒有改變。
3 安裝工藝
原1、2號軸承座底部各有6組和8組滑塊分別嵌入臺板滑塊槽中，滑塊略高出臺板基準面與軸承座底部平面構成滑動表面。改進后的滑動面采用軸承座底部裝不銹鋼板與Deva合金嵌塊接觸的形式，以確保0.15的摩擦系數。Deva合金嵌入一托板中，高出托板約3mm，托板嵌在臺板的原滑塊槽中。因不銹鋼板約厚20mm，故滑動表面低于臺板基準面，給合金的安裝及檢查帶來了一定的困難。原設計考慮對軸承座底部切削加工后加裝不銹鋼板，以保證Deva合金表面與原滑塊表面高度齊平，從而保證軸承座中分面標高不變。后因考慮軸承座底部切削后的強度及滲漏油得不到保證，故取消了原設計方案。
安裝Deva合金滑塊必須注意以下問題：
（1）要釋放盡高中壓缸殘余應力，確保汽缸及軸承座收縮到位。
（2）測定1、2號軸承座相對于臺板的定位尺寸、軸承座標高尺寸、軸承座中分面水平；在軸承座A、B排底部標定與各滑塊槽道中心線對應點位置，作為安裝不銹鋼板時的軸向定位基準。
（3）軸承座加裝不銹鋼板時，需根據不銹鋼板寬度、原滑塊槽道寬度、Deva合金寬度等尺寸統籌考慮不銹鋼板的軸向定位，確保1、2號軸承座膨脹過程中，不銹鋼板不受滑塊槽道壁阻礙。在脹足位置，不銹鋼板與Deva合金表面應有Z大的承載接觸面積。
（4）加工后的軸承座底部不銹鋼板平面，必須在同一平面上并保證足夠的光潔度，加工厚度的確定以保證返送電廠裝配后軸承座中分面標高基本不變為前提。
（5）認真檢查每塊不銹鋼板與對應的Deva合金表面的接觸情況，若接觸不好，可對相應Deva合金托板高度進行適當調整，確保每塊接觸均勻。
（6）1、2號軸承座就位后必須保證其定位與吊出前定位尺寸一樣，從而確保汽缸及轉子就位后相對軸承座位置基本不變。
4 結束語
從1999年4月9日至今，7號機經歷了數次啟停，每次啟動，高中壓缸均能迅速膨脹，節約了沖轉及暖機時間，且4號軸瓦溫度一直處于正常。改造后，在330MW負荷下，1號軸承座膨脹值長期為29mm，2號軸承座為18mm。
通過Deva合金在軸承座改造中的應用，膨脹不暢這一長期困擾著運行及檢修人員的問題，終于得到解決。
來源：《華東電力》2000年第5期
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