600MW汽轮机轴瓦温度高问题分析及处理方法
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摘要：本文针对上汽超临界600mw机组存在的1号轴瓦温度高的问题，分析了影响可倾瓦温度的主要因素，并通过合理选择轴承的油隙、调整轴瓦的负荷分配、修刮可倾瓦的进出油楔等方法，使1号轴瓦温度降低了9 ℃ 。这对保障机组安全运行具有重要的意义。
轴承是汽轮机重要的组成部件，如果轴承出现故障就会导致汽轮机停机，影响机组的长周期安全经济运行，因此研究轴承存在的问题就显得特别重要。轴承温度高是轴承故障的一种比较常见的故障形式，虽然各个汽轮机轴承的形式、参数、检修工艺等各方面不同，但以往汽轮机的轴承温度高的原因分析及处理措施对处理轴承温度高问题是有借鉴作用的。有的电厂通过更换轴瓦的集体材料使轴瓦温度降低10 ℃；有的电厂通过调整轴瓦安装间隙、改善供油条件、优化运行方式等手段处理了轴承温度高的问题。本文针对某电厂600MW 汽轮机轴瓦温度高的问题进行分析和处理。
1 设备简介及轴瓦存在的问题
N600 / 24.2/566/ 566引进型超临界600MW中间再热凝汽式汽轮型机组是上海汽轮机引进美国西屋公司技术生产的 600MW燃煤机组。转子为整锻式，高中压转子由高强度铬铝钢（CrMoV ）材料制成，重量35t ，低压转子由强铬铝钢（NiCrMoV ) 材料制成，低压转子重量62t 。转子的整个轴系共有9个轴承支撑，高中低压转子的第l、2、3、4、5、6轴承均采用4瓦可倾瓦，这种轴承比压较大，增加了轴系的稳定性和减振能力，能够获得较为理想的轴系中心线。发电机第7、8轴承为3瓦块可倾瓦，励磁机9轴承为4瓦块可倾瓦。具体情况如图1所示。
上汽生产的600MW燃煤机组普遍存在着1号轴承支持瓦温度高的问题，但其最高温度不超过 100 ℃ 。该厂机组投产以来同样存在着 1 号轴瓦温度高的问题，特别当负荷升至600MW时，1号瓦温度达101℃ ，接近报警值 107 ℃ ，轴瓦温度建议打闸值为113 ℃，已严重影响机组安全运行。
2轴瓦温度高原因分析
2 . 1 汽轮机进汽方式的影响分析高压调门与蒸汽室由铸钢制成，有 2 个相同的蒸汽室位于高中压缸两侧，每个蒸汽室有 2 只调速汽门，主蒸汽通过主汽门进入蒸汽室和调门，然后经 4 根调门导汽管引入汽轮机蒸汽室。
如图2 所示，在正常情况下，调门开启顺序是1号、2号调门先开，其次是3号调门，然后是4号调门。1号、2号调门对轴系有向下的力，会促使1号、2号支持轴承受更大的负荷，过大的负荷会使其轴瓦温度升高，而且其敏感度较高。表1是瓦温随机组负荷及调门开度变化的对照表，从表中可以看出，当3号、 4号调门刚开启时， 2号瓦及1瓦右侧温度都较高，但随着3号、 4号调门的开大，温度有所下降，在负荷达到 580MW时，温度再次出现高点，接着温度随 3 号、 4号调门开度增大又降低，整个过程中3号轴瓦温度变化不超过1 ℃ ，这说明调门进汽量的方向影响1号、 2号轴瓦温度，而不影响 3 号瓦的温度。当汽缸上部的调门开大时， 1号、2号瓦温度降低。
在做1号机组阀门试验时，发现当做1号主汽门试验时，也就是1号、 3 号调门关小时， 1号轴承右侧温度降低，左侧温度升高；做2号主汽门试验时，1号轴承右侧温度升高，左侧温度降低。这说明，转子在轴瓦内偏左还是偏右与调门有关，当左侧调门开大时，轴瓦右侧温度升高，左侧降低；当右侧调门开大时。轴瓦左侧温度升高，右侧降低，调门与瓦温有着固定的定向变化关系。以上说明，支持轴承除了承受转子的自身重量外，还要承受蒸汽对转子的冲击作用，前者是瓦温高的根本原因，后者对瓦温高起到了推波助澜的作用。
2 . 2 动压的形成原理
假定有两个相互倾斜的平板，板间的间隙沿运动方向由大到小成收敛的楔形，上板承受载荷 W ，下平板不动而上平板以速度 u 正向运动，由于液体是不可压缩的，必将在间隙内“拥挤”而形成压力。也将迫使进口端的速度图形向内凹，出口端的速度图形向外凸。进口端间隙大而速度图形内凹，出口端间隙小而速度图形外凸，于是有可能使带进油量等于带出油量。同时，间隙内形成的液体压力将于外载荷 W 平衡，这就说明在间隙内形成了压力油膜。截面 A 、 B 之间压力增加是因为截面积减小造成的，这就是楔形油膜形成的油压，取名为动压轴承。楔形间隙油膜厚度之比 h 为‘及相对运动速度越大，轴承承载能力就越好。所以在检修时对轴瓦进行刮研的目的是加大 ha ，使楔形间隙油膜厚度之比 h 办、加大，确保轴承有足够的油楔及进油量。楔形间隙油膜厚度最大与最小之比及相对运动速度越大，轴承承载能力就越好。对于定转速的转机，提高油膜厚度最大与最小之比是提高轴承承载能力的最有效办法。
2 . 3 轴承间隙分析
1号、 2号轴承采用了四瓦块可倾瓦式轴承，各瓦块支承在背后的球面指点上，可在任意方向上自由摆动。各瓦块空档间为进油口。在油层动压作用下，每个瓦块可以单独自由摆动到形成油膜的最佳位置，以适应转速、轴承负荷，转子绕度等运行条件的变化，全周形成 4个均匀稳定的压力油膜，且各瓦块的油膜作用力都通过轴心，没有使轴颈涡动的分力，因而具有较高的制动性，因而能有效的避免自激振荡（如油膜振荡，蒸汽振荡），正是由于可倾瓦有着极佳的稳定性，也决定了其最小油膜厚度有着极高的要求。对于一定转速的汽轮机，其所需的最小油膜厚度 hmin在0. 035mm~0.04mm之间，整个轴承间隙可以取0.70mm~0.80mm，而轴承设计安装说明书要求1号、2号瓦间隙分别是0.71mm~0.81mm , 0.76mm~0.86mm，因此，折中可以取额定间隙的上限。轴承比压是轴承又一重要指标，其数学表达式为
Pm＝W/ B・D 式中， W为外载荷； B 为轴承宽度：D轴承直径。
比压小的轴承，间隙可以取小，保证转子转动的稳定性；比压大的轴承，间隙可适当放大，对于比压较大的可倾瓦，取间隙大值当然没问题。B、D是设计好的，不能调整，能调整的只能是外载荷W，调整的办法是通过改变各瓦扬度来进行的。
2 . 4 轴承负荷分配的分析
冷态下转子找中心，实际上是找轴瓦中心，使各个轴瓦负荷分配均匀，比压合理。转子中心的设计偏差值（即对应于各轴承从冷态到热态不同的膨胀量而在转子找中心时预留的偏差值）, 这个偏差值主要是生产厂家给定的。但实际上即使机组型号相同，各台机组之间因安装和运行状态有差别，此偏差值也不尽相同。若转子设计偏差值与实际状态下的各轴瓦的膨胀高度不符，必然引起各轴瓦负荷分配不均，重载的轴瓦油膜厚度减薄，摩擦加重而造成部分轴瓦区域乌金缺油使瓦温升高，严重时还会引起局部熔瓦，轴瓦振动加剧。由此可见，虽然检修时找对轮中心符合设计标准，但2号瓦的温度仍然较高，这说明2号瓦的工作负荷高，设计高低压对轮中心为高压转子中心比低压转子中心低0.23 ~ 0.27mm ，对轮下张口0.22mm。由于是下张口，高低压对轮把紧后，1号瓦受到的力大于2号瓦，那么就会导致1号瓦温度大于2号瓦的温度，在实际运行中，1号瓦温度高于2号瓦温度10多度，如果改为上张口，高低压对轮把紧后， 1号瓦受到的力大大减轻，那么 1号瓦温度将有所降低，2号瓦温度将有所升高。
如果把 1号、 2号瓦的标高都降低，那么1号、2号瓦的温度都会降低，而 3号瓦温度将有所升高，从表1中可知，3号瓦的最高温度不超过63 ℃ ， 4号瓦的最高温度不超过65 ℃ ，理论上完全能够承受一定的负荷，因此，降低 1号、2号瓦的标高也是一个可行、有效的对策。
3 对策
影响汽轮机轴瓦温度高的原因有外载荷、轴承比压、油流量、油膜厚度、轴承的相对间隙Ψ、楔形油膜厚度比 ha/hb ，所以就重点解决此类问题。
3. 1适当增加轴承的相对间隙
可倾瓦具有较大的比压，在不影响稳定性的前提下，可以采用取轴瓦间隙额定值的上限，来保证可倾瓦所需的最小油膜厚度，轴瓦间隙设计值为：l号瓦0.71mm~0.81mm , 2号瓦间隙为0.76mm~0.86mm，在检修时将间隙分别取为 0 . 7lmm 与 0 . 76mm 。
3 . 2 降低 1 号、 2 号瓦的负荷
日本原设计高压转子中心比低压转子中心低0. 23mm~0.27mm，现在为了降低 l号、2号瓦的负荷，把高压转子中心调低至低压转子中心下0. 27mm ；如果1号瓦温度高，就改为对轮上张口。
3 . 3 刮研1号、2号瓦两下瓦块进出油边转子与轴瓦接触面积要求为 1 / 3 ，机组运行一段时间后，转子与轴瓦接触面积增大，造成进油面积减小，油流量减小，轴瓦油膜厚度减薄，轴瓦得不到充分冷却使轴瓦温度升高。因此保证一定的油流量冷却轴瓦也是降低温度的一个办法。轴瓦加工完后，要在真轴上进行刮研，并保证1 / 3与轴的接触区域，且该区域要与轴的密着度达95％以上。在油入口边开一个较大的油楔入口间隙为0.10mm 左右过渡到 0.01mm ，但两边留20mm得挡油边，油的出口边刮通，油的出口边间隙为0.01mm 左右过渡到0.05mm保持油膜稳定形成。
4 启动后效果
利用机组检修机会调整联轴器对中及张口、调整1号、2号瓦负荷分配等一系列措施，机组再次启动后， 1号、 2号瓦温度由101 ℃ 降到了75 ℃以下，取得了良好效果，保证了机组能够连续安全的长期运行。虽然轴瓦温度降低很明显，但还是偏高，根据国内同类型机组的成功经验，下一步可考虑更换 1号、2号轴承的基体，基体由铸钢改为Cr-Cu合金，即将巴氏合金浇注在Cr-Cu合金上，利用Cr-Cu 合金良好的导热性降低瓦温，最少可降低轴瓦温度10 ℃ ，而轴承几何尺寸、轴承的承载能力、比压等与原来的设计相同。
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