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通過調整調節閥進汽方式解決#2軸承溫度高問題
2010-12-21
作者：潘衛東，李好林，趙乾
摘 要：黃島發電廠#3機#2軸承在汽輪機啟動帶負荷后，軸瓦烏金溫度超標升高并且隨負荷變動而線性變化，非常敏感。通過調整改變汽輪機進汽方式，改變#1、2調門進汽方式，調整調門開度差，開啟#3門，關閉#1門，將#1、3、4門投入運行，Z終解決了#2軸承烏金溫度高無法帶滿負荷問題，探討出一條不需要停機即可解決軸承溫度高問題，取得很好的運行和經濟效果。
關鍵詞：軸承；干磨擦現象；調節閥；噴嘴進汽方式；負荷；承載過重；油膜減薄；油膜加厚；轉子的位置；不平衡力
一、汽輪機結構概述
黃島發電廠#3汽輪機為原蘇聯列寧格勒金屬加工廠生產制造，型號為K－225－130－1型，單軸、三缸、雙排汽、中間再熱凝式汽輪機組。汽缸分為高壓缸、中壓缸、低壓缸三個部分。從鍋爐來的新蒸汽沿二根主蒸汽管道經機側電動主閘門，自動主汽門分別通過導管進入高壓缸四個調速汽門進入高壓缸，排汽進入鍋爐再熱器進行一次再熱，然后由爐再熱器出來的再熱蒸汽，再經過四根再熱管道進入兩個中壓自動主汽門和裝在中壓缸上的四個中壓調速汽門進入中壓缸，中壓缸排汽沿兩根導汽管進入低壓缸的中間部分，分兩路排入凝汽器。
高壓缸共有十二級，級為調速級，缸內設有四組噴嘴，分別被四個高壓調門所控制，每個調門各控制一組噴嘴，該機組#1、#2、#3、#4調門對應的4個噴嘴組的噴嘴數分別為10、14、9和12，噴嘴數目有較大的差別。
關鍵詞：軸承；干磨擦現象；調節閥；噴嘴進汽方式；負荷；承載過重；油膜減薄；油膜加厚；轉子的位置；不平衡力
一、汽輪機結構概述
黃島發電廠#3汽輪機為原蘇聯列寧格勒金屬加工廠生產制造，型號為K－225－130－1型，單軸、三缸、雙排汽、中間再熱凝式汽輪機組。汽缸分為高壓缸、中壓缸、低壓缸三個部分。從鍋爐來的新蒸汽沿二根主蒸汽管道經機側電動主閘門，自動主汽門分別通過導管進入高壓缸四個調速汽門進入高壓缸，排汽進入鍋爐再熱器進行一次再熱，然后由爐再熱器出來的再熱蒸汽，再經過四根再熱管道進入兩個中壓自動主汽門和裝在中壓缸上的四個中壓調速汽門進入中壓缸，中壓缸排汽沿兩根導汽管進入低壓缸的中間部分，分兩路排入凝汽器。
高壓缸共有十二級，級為調速級，缸內設有四組噴嘴，分別被四個高壓調門所控制，每個調門各控制一組噴嘴，該機組#1、#2、#3、#4調門對應的4個噴嘴組的噴嘴數分別為10、14、9和12，噴嘴數目有較大的差別。
表一 調速汽門控制噴嘴數
圖一 高壓調速汽門排列順序（沿汽流方向看）
高壓缸調節門是裝在自身缸體上，通過蒸汽管道，輸送到兩個高壓缸主汽門。由于蒸汽從２號軸承側進入高壓缸，故高壓轉子為左旋。
中壓缸四個調門兩個在上汽缸上，下部兩個緊固在下汽缸上，中壓轉子共有十一個壓力級。中壓調速汽門排列順序為：
中壓缸四個調門兩個在上汽缸上，下部兩個緊固在下汽缸上，中壓轉子共有十一個壓力級。中壓調速汽門排列順序為：
圖二 中壓調速汽門排列順序（沿汽流方向看）
二、軸承的結構分析
汽輪機組軸系共有九個軸承，汽輪機五個，其中#2軸承為支承推力綜合軸承，發電機勵磁機各兩個。支承軸承#1-7號為橢園形軸承，#8、9為園筒形軸承，軸瓦材料為錫基巴氏合金。軸承進油孔設在側面墊鐵間，潤滑油進入軸瓦后，順時轉動方向到軸頸上部，冷卻軸頸，再到下部起潤滑作用。為防止軸瓦轉動，軸承均設有銷餅，它一半裝在軸瓦處園銑出的槽內，另一半嵌在軸承座結合面的凹坑中。
#2綜合式推力軸承。推力軸承承受轉子的軸向推力和限定轉子的軸向位置，汽輪機串動過大，動靜軸向間隙消失，甚至發生碰撞或磨擦，正常情況下，軸向推力的方向推向低壓側。推力軸承外殼與支持軸承鑄為一體，支持軸承為球形瓦，球面的自調作用將保證各瓦塊承擔推力的均勻性。推力部分的重量由裝在瓦下支持彈簧加以平衡，適當調整彈簧的緊力，便可使軸瓦保持正確的位置；轉子上的軸向推力經過推力盤傳給其前后的扇形推力瓦塊，工作面與非工作面均為10塊推力瓦塊，推力瓦塊的固定是用背后的銷孔掛在支持環的銷釘上，可以防止瓦塊隨推力盤轉動。
推力軸承結構圖：
汽輪機組軸系共有九個軸承，汽輪機五個，其中#2軸承為支承推力綜合軸承，發電機勵磁機各兩個。支承軸承#1-7號為橢園形軸承，#8、9為園筒形軸承，軸瓦材料為錫基巴氏合金。軸承進油孔設在側面墊鐵間，潤滑油進入軸瓦后，順時轉動方向到軸頸上部，冷卻軸頸，再到下部起潤滑作用。為防止軸瓦轉動，軸承均設有銷餅，它一半裝在軸瓦處園銑出的槽內，另一半嵌在軸承座結合面的凹坑中。
#2綜合式推力軸承。推力軸承承受轉子的軸向推力和限定轉子的軸向位置，汽輪機串動過大，動靜軸向間隙消失，甚至發生碰撞或磨擦，正常情況下，軸向推力的方向推向低壓側。推力軸承外殼與支持軸承鑄為一體，支持軸承為球形瓦，球面的自調作用將保證各瓦塊承擔推力的均勻性。推力部分的重量由裝在瓦下支持彈簧加以平衡，適當調整彈簧的緊力，便可使軸瓦保持正確的位置；轉子上的軸向推力經過推力盤傳給其前后的扇形推力瓦塊，工作面與非工作面均為10塊推力瓦塊，推力瓦塊的固定是用背后的銷孔掛在支持環的銷釘上，可以防止瓦塊隨推力盤轉動。
推力軸承結構圖：
圖三 綜合推力軸承結構圖
表二 推力軸承測量：單位：毫米
三、存在的問題
#3機組小修完成后，機組按照啟動計劃正常啟動，至3000轉/分，各軸承振動和軸瓦溫度無異常，但是帶負荷2千瓦時，發現#2和#3軸承振動突然增大，#2軸承Z大到0.13毫米，打閘停機。
機組重新啟動后，維持3000轉/分，振動基本正常，檢查并測量軸承振動和汽缸振動無異常后帶負荷。
2006年7月3日9：30機組負荷150MW時，發現#2下瓦溫度93℃；負荷167MW時，#2下瓦溫度99℃，限定負荷150MW以下，軸承溫度95℃，開啟頂軸油泵后，瓦溫降到93℃，維持運行。
說明機組在低負荷時，瓦溫正常，但是隨負荷的上升，瓦溫隨即上升，瓦溫上升的趨勢略滯后于負荷上升趨勢，并隨負荷變動而變動，較為敏感，負荷變化2MW，瓦溫大約升高1℃，開啟甲頂軸油泵，#2瓦烏金溫度可以下降1.2℃，機組因此限定負荷150MW以下維持運行。
三、軸承瓦溫高初步處理措施
為解決此問題，黃島發電廠與山東電力研究院熱能所專家，共同對軸承瓦溫升高的原因進行了診斷試驗，首先對軸承檢修情況檢查分析。
1、2005年11月，#3機大修中檢查烏金無異常，發現#2軸徑有磨損現象。
2、2006年6月#3機小修，檢查軸承烏金，發現下瓦兩側磨干約有1/3，無脫胎現象，對干磨部位刮削處理，下瓦兩側油囊刮削增大，軸徑溝痕清理打磨完成后裝復。
3、兩次檢修軸承各部位測量的數據，見表三。
#3機組小修完成后，機組按照啟動計劃正常啟動，至3000轉/分，各軸承振動和軸瓦溫度無異常，但是帶負荷2千瓦時，發現#2和#3軸承振動突然增大，#2軸承Z大到0.13毫米，打閘停機。
機組重新啟動后，維持3000轉/分，振動基本正常，檢查并測量軸承振動和汽缸振動無異常后帶負荷。
2006年7月3日9：30機組負荷150MW時，發現#2下瓦溫度93℃；負荷167MW時，#2下瓦溫度99℃，限定負荷150MW以下，軸承溫度95℃，開啟頂軸油泵后，瓦溫降到93℃，維持運行。
說明機組在低負荷時，瓦溫正常，但是隨負荷的上升，瓦溫隨即上升，瓦溫上升的趨勢略滯后于負荷上升趨勢，并隨負荷變動而變動，較為敏感，負荷變化2MW，瓦溫大約升高1℃，開啟甲頂軸油泵，#2瓦烏金溫度可以下降1.2℃，機組因此限定負荷150MW以下維持運行。
三、軸承瓦溫高初步處理措施
為解決此問題，黃島發電廠與山東電力研究院熱能所專家，共同對軸承瓦溫升高的原因進行了診斷試驗，首先對軸承檢修情況檢查分析。
1、2005年11月，#3機大修中檢查烏金無異常，發現#2軸徑有磨損現象。
2、2006年6月#3機小修，檢查軸承烏金，發現下瓦兩側磨干約有1/3，無脫胎現象，對干磨部位刮削處理，下瓦兩側油囊刮削增大，軸徑溝痕清理打磨完成后裝復。
3、兩次檢修軸承各部位測量的數據，見表三。
表三 軸承各部位測量值：單位：毫米
4、對發電機碳刷接地等裝置檢查，重點檢查#1軸徑處轉子接地碳刷，臨時增加一路電阻值0.05歐姆的接地線，測量電壓和電流值較小，軸瓦溫度沒有明顯變化。
四、改變進汽方式與軸承溫度之間的關系試驗
黃島電廠#3機組配汽方式為：正常運行時，閥門開啟順序為#1→#2→#3→#4順序開啟，采用滑壓運行的方式，負荷130-150MW時，#1、2調門的開度50%左右，在高負荷段190-225MW時，#1、2高調全開，#3高調部分開啟，#4高調滿負荷且參數比較低時參與調節。見下圖四
黃島電廠#3機組配汽方式為：正常運行時，閥門開啟順序為#1→#2→#3→#4順序開啟，采用滑壓運行的方式，負荷130-150MW時，#1、2調門的開度50%左右，在高負荷段190-225MW時，#1、2高調全開，#3高調部分開啟，#4高調滿負荷且參數比較低時參與調節。見下圖四
圖四 閥桿升程曲線
來自鍋爐的高壓蒸汽通過高壓調門，進入高壓調節級作功時，會對調節級動葉片產生汽流力的作用。當調節級均勻進汽，汽流力均勻的分布于整個圓周，轉子能夠自平衡；但當采用噴嘴進汽時，調節級部分進汽，由于調節級水平方向上較大的不平衡汽流力的影響，轉子軸心位置發生變化，在機組的軸承處產生附加載荷，改變軸承靜動特性，靠近調節級的高壓轉子#2軸承受到的影響Z大，出現振動異常、瓦溫升高等異常現象。
2006年7月7日上午，對汽輪機進汽調節的方式進行試驗，通過調整改變汽輪機進汽方式，使#2軸承烏金溫度恢復到正常運行狀態。原運行方式為#1、2噴嘴調節，它們全部分布在汽輪機的上缸，這時開啟#3門，逐漸關閉#1門，改變調節閥噴嘴進汽方式，#2軸承下瓦烏金迅速降到80度，直到正常溫度60度左右，機組汽缸膨脹，上下缸溫差沒有任何變化。機組滿負荷后運行正常，消除了#2軸承溫度高這一缺陷。
2006年7月7日上午，對汽輪機進汽調節的方式進行試驗，通過調整改變汽輪機進汽方式，使#2軸承烏金溫度恢復到正常運行狀態。原運行方式為#1、2噴嘴調節，它們全部分布在汽輪機的上缸，這時開啟#3門，逐漸關閉#1門，改變調節閥噴嘴進汽方式，#2軸承下瓦烏金迅速降到80度，直到正常溫度60度左右，機組汽缸膨脹，上下缸溫差沒有任何變化。機組滿負荷后運行正常，消除了#2軸承溫度高這一缺陷。
表四 在負荷不變的情況下的試驗表
表五 切換調門直至帶滿額定負荷后軸瓦溫度之間關系試驗
原運行方式為#1、2噴嘴調節，它們全部分布在汽輪機的上缸，這時開啟#3門，逐漸關閉#1門，改變調節閥噴嘴進汽方式，調整調門開度差，運行方式改為#1、3、4門參與調節。由此分析，#2軸承烏金溫度高的原因是受到不均衡外力的作用，該軸承負載過大，使得建立起來的油膜減薄，從而引起軸瓦烏金升高。
軸承在運行過程中，在潤滑油通暢的情況下，如果承載過重，則油膜減薄，容易破裂造成軸徑和軸瓦間干磨擦，烏金溫度升高；如果承載過輕，則油膜加厚，容易發生軸承振動大。因此，汽輪機的Z佳運行方式就是使軸承油膜適度，即不厚也不薄。
通過以上的分析，黃島電廠#3機的進汽方式對轉子的位置有一個不平衡力，使得軸徑與軸瓦烏金無法建立起來油膜，軸徑與軸瓦烏金發生干磨擦現象，烏金溫度升高。一般情況下需要停機處理，解決的方法有：
（1）減小#2瓦承載，減小軸承比壓。軸承比壓P=P1/λD P1為軸承載荷，λ為軸承長度，D為軸承直徑。根據油膜壓力比較，該軸承比壓較高，對軸瓦低部墊鐵降低0.20-0.30mm。
（2）增加軸瓦進油，改變原有的進油節流孔，擴大進油量。
（3）重新分配進入推力瓦和支持瓦的進油量。
（4）檢查軸瓦接觸角，油海徑向形態修刮為拋物線形狀。
（5）減小軸瓦頂部間隙，增大瓦口間隙。
但這些措施改變軸瓦的結構形式，工作量大，檢修費用高、不容易操作。因此，通過改變調節閥噴嘴進汽方式來降低軸承烏金溫度，不需要停機即可解決處理好，是一項簡便易于操作的新技術。
五、效果和結論
黃島發電廠#3機#2軸承在汽輪機啟動帶負荷后，軸瓦烏金溫度升高并隨負荷變動而線性變化，非常敏感。按照此調整進汽方式方法改進后，#3瓦溫度由Z高溫度99℃，降到60℃左右安全穩定運行，軸承振動也沒有異常現象，Z終解決了#2軸承烏金溫度高無法帶滿負荷問題，機組恢復到正常運行狀態，徹底得到了很好的解決。
這次處理并徹底解決#3機#2軸承烏金溫度高問題，探討出一條不需要停機即可解決軸承溫度高問題，黃島發電廠在全省20萬千瓦機組等級，這一技術難題上創出了一條新路子，可以在同型號機組以及在解決軸承溫度高問題上予以推廣和應用。
實踐證明，該調整方法簡便易于操作，節約了大量人力和檢修費用，減少一次停機消缺費用（開停機燃油費約30萬元，停機48小時搶修費用），取得非常明顯的經濟效益。
軸承在運行過程中，在潤滑油通暢的情況下，如果承載過重，則油膜減薄，容易破裂造成軸徑和軸瓦間干磨擦，烏金溫度升高；如果承載過輕，則油膜加厚，容易發生軸承振動大。因此，汽輪機的Z佳運行方式就是使軸承油膜適度，即不厚也不薄。
通過以上的分析，黃島電廠#3機的進汽方式對轉子的位置有一個不平衡力，使得軸徑與軸瓦烏金無法建立起來油膜，軸徑與軸瓦烏金發生干磨擦現象，烏金溫度升高。一般情況下需要停機處理，解決的方法有：
（1）減小#2瓦承載，減小軸承比壓。軸承比壓P=P1/λD P1為軸承載荷，λ為軸承長度，D為軸承直徑。根據油膜壓力比較，該軸承比壓較高，對軸瓦低部墊鐵降低0.20-0.30mm。
（2）增加軸瓦進油，改變原有的進油節流孔，擴大進油量。
（3）重新分配進入推力瓦和支持瓦的進油量。
（4）檢查軸瓦接觸角，油海徑向形態修刮為拋物線形狀。
（5）減小軸瓦頂部間隙，增大瓦口間隙。
但這些措施改變軸瓦的結構形式，工作量大，檢修費用高、不容易操作。因此，通過改變調節閥噴嘴進汽方式來降低軸承烏金溫度，不需要停機即可解決處理好，是一項簡便易于操作的新技術。
五、效果和結論
黃島發電廠#3機#2軸承在汽輪機啟動帶負荷后，軸瓦烏金溫度升高并隨負荷變動而線性變化，非常敏感。按照此調整進汽方式方法改進后，#3瓦溫度由Z高溫度99℃，降到60℃左右安全穩定運行，軸承振動也沒有異常現象，Z終解決了#2軸承烏金溫度高無法帶滿負荷問題，機組恢復到正常運行狀態，徹底得到了很好的解決。
這次處理并徹底解決#3機#2軸承烏金溫度高問題，探討出一條不需要停機即可解決軸承溫度高問題，黃島發電廠在全省20萬千瓦機組等級，這一技術難題上創出了一條新路子，可以在同型號機組以及在解決軸承溫度高問題上予以推廣和應用。
實踐證明，該調整方法簡便易于操作，節約了大量人力和檢修費用，減少一次停機消缺費用（開停機燃油費約30萬元，停機48小時搶修費用），取得非常明顯的經濟效益。
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