摘要：汽轮机推力轴承运行温度超标的问题在各电厂时有发生，因推力瓦块乌金温度高，使机组不能满负荷运行，给机组的安全、经济运行带来威胁。本文在介绍汽轮机推力轴承工作原理基础上，对汽轮机暨上汽600MW等级超临界汽轮机进行了分析，供从事汽轮机运行、安装和检修的人员提供一定的借鉴和参考。
关键词：汽轮机推力轴承；温度；超标；分析与对策
前言
汽轮机的推力轴承主要作用是承受汽轮机转子在运行中的轴向推力，维持汽轮机转子和静止部件间的正常轴向间隙，因此推力轴承的正常工作是汽轮发电机组安全经济运行关键部件之一。推力轴承瓦块温度是推力轴承运行状态的一个重要参数，一旦造成瓦块温度超标，乌金磨损烧坏，转子极有可能发生轴向位移超限，汽轮机通流部分发生动静部件碰磨事故。虽然大型汽轮机采用高中压缸合缸反向对称布置和低压缸采用双流反向等措施以减小轴向推力，但轴向推力还是很大的。当工况变动、隔板汽封磨损间隙变大，特别是水冲击、甩负荷时，会产生瞬间轴向推力突增和反推力，从而对推力轴承提出进一步要求。
1汽轮机的轴向推力
汽轮机的级间压差是其产生轴向推力的主要原因，是各级轴向推力的总和，方向指向汽流方向。轴向推力主要由动叶前后的压差形成的轴向推力，隔板（轴封）间隙的漏汽使叶轮（凸肩）前后压差形成的轴向推力，蒸汽进入动叶膨胀做功产生推动转子旋转圆周力同时，使转子产生与蒸汽流向相反的轴向推力几部分组成。影响轴向推力的因素有很多，基本上轴向推力的大小与蒸汽流量的大小成正比，即机组负荷增，轴向推力升，负荷减，轴向推力降。在机组负荷突降时，会瞬时出现与汽流方向相反的轴向推力。
2汽轮机推力轴承工作原理
推力轴承是动压轴承，推力瓦块油膜形成原理与两平板间油膜形成原理相同。汽轮机静止时，推力瓦表面与推力盘表面平行。当汽轮机转动时，推力盘带着油进入间隙，当转子产生轴向推力时，间隙中油膜受到压力，传递给瓦块，起初油压合力Q没有作用在瓦块的支承肩上，而是偏在进油口一侧，合力Q 与支承肩之间形成一个力偶，使瓦块偏转，形成油膜。随着瓦块的偏转，油压合力Q 向出油口一侧移动，当Q力移至支承肩处时，瓦块才保持平衡位置，油楔中油压与推力盘上轴向推力保持平衡状态，推力盘与推力瓦之间形成液体摩擦[1]。汽轮机推力轴承油膜形成的原理如图1所示。
图1 油膜的形成原理
具有一定粘度的润滑油，动、静体之间一定的相对速度，相对运动两表面倾斜形成油楔，外载荷合适，足够的油量是推力轴承正常工作的条件。
3 引起汽轮机推力轴承温度超标的原因分析
3.1安装和检修方面
3.1.1推力轴承球面和瓦块接触面积小于75%，推力瓦球面研刮不好，球面易卡涩，自位调整性能差；瓦块接触面不达标，不能承受大的轴向推力。都会造成推力瓦块温度升高。
3.1.2推力轴承瓦块平行度低于0.02mm标准，即瓦块的厚度差大于该值，会使轴承瓦块的受力变得不均匀，瓦块与推力轴承之间的正常接触会随之受到影响，其中某一个瓦块所承受的温度便会高于其它瓦块，进而造成推力轴承温度超标。
3.1.3异物堵塞推力轴承进油节流孔板，推力轴承外壳与轴承座进油孔位置偏差或其他原因致润滑油进油量减少，会使瓦温整体升高，严重时会致烧瓦。
3.1.4高压侧轴封间隙因磨损或调整较标准偏大，会导作用于前汽封轴凸肩处的正向推力增加，致工作瓦温上升，严重时超温。
3.1.5转子扬度调整不合理，推力轴承处的2号轴承前扬偏大，引发推力轴承工作面受力不均，工作面上半瓦块受力大于下半瓦块，造成上半瓦温高。
3.1.6推力轴承主、付两组瓦块装反，则致瓦块工作面与推力盘之间不能形成有效的液压油楔，轴承承载能力小于正常许用推力的1/3，会引起推力轴承瓦块温度超标，甚至烧瓦。
3.2运行方面
3.2.1对于喷嘴调节的汽轮机，单多阀运行方式的不同，也容易引起推力轴承的温度异常。在单阀或是顺序阀的运行方式下，推力轴承本身所承受的力会存在一定的差异。顺序阀的运行方式下，阀序的不同、调阀重叠度的不同，这种进汽的变化，有时会引起转子轴向受力的不平衡，从而会使推力瓦的温度分布不同，由此可能会引起推力轴承温度超标。
3.2.2运行中蒸汽品质的原因，叶片结垢，汽流通过隔板和叶片的压降增加，叶片反动度亦增加，转子的轴向推力上升，当推力瓦块承受推力大于设计值，瓦温就会升高，甚至超标。通过监视段压力变化可以判断汽轮机叶片结垢情况，一般要求不超标准值15%。
3.2.3凝汽器真空降低，低压缸排汽温度升高，转子末级叶片反动度增大，使轴向推力增加，推力瓦温升高，严重时致推力瓦温超标。
3.2.4运行中叶片损坏或脱落，使轴向推力增加，推力瓦温升高，严重时致推力瓦温超标。
3.2.5运行中发生冷蒸汽或水进入汽轮机，造成水冲击，会使轴向推力急剧增加，推力瓦温剧升，极易致推力瓦烧瓦。
3.2.6运行中，高加事故解列，原进入高加的抽汽瞬时进入汽轮机，致轴向推力急剧增加，尤其在高负荷工况时，易使推力瓦温超标。但此情况为暂态工况，一般短时即能恢复稳态，不会造成不良后果。
3.3其它方面
汽轮机组除了安装、检修及运行原因引起汽轮机推力轴承温度超标之外，温度保护未动作也会引起温度超标。在对机组轴承温度保护进行设置时，因保护速率设置的不合理，从而使得机组故障时，轴承的温升速率超限，进而引起推力轴承温度超标[2]。一般温升率达10℃/s，视为坏点，屏蔽温度保护。
4.探析上汽600MW等级超临界汽轮机组推力轴承温度超标报警对策
4.1上汽600MW等级临界汽轮机概况
上汽600MW等级超临界汽轮机为一次中间再热、单轴、四排汽、高中压合缸、反动凝汽式。该汽轮机高、中压合缸反向布置；低压缸对称分流反向布置。额定主蒸汽压力为24.2MPa，主蒸汽与再热蒸汽温度均为566℃，主、再热蒸汽管道均采用双-单-双布置。主蒸汽经两个主汽门、四个高调门由对称布置的四个进汽口进入高压缸，采用喷嘴配汽法；再热汽经中压主汽门、四个中压调门进入中压缸，采用节流配汽法，中压排汽经二根连通管分别进入两个双流反向布置的低压缸。回热抽汽级数为八级（四台低加、一台除氧器、三台高加），加热器疏水逐级自流，配置2×50% BMCR的汽动给水泵和1×30%BMCR电动给水泵。汽轮发电机组共有九道轴承，#2、3轴承之间装有推力轴承，推力轴承巴氏合金报警值99℃，跳机保护值107℃。
4.2上汽600MW等级超临界汽轮机组推力轴承温度超标报警分析
4.2.1推力轴承检修不到位。检修过程中因推力轴承球面研刮不好，瓦块研刮不好致接触面积小于75%，瓦块厚度差超标，推力盘瓢偏超标、主付瓦块错装等都会引起推力瓦温升高、超标。
4.2.2进汽方式的影响。汽轮机组的高压调门有两种进汽方式，即
全周和部分。在第一种进汽方式下，推力轴承的温度较为理想，但在部分进汽方式下，喷嘴调节的机组在部分进汽时往往因为高压调门阀序或重叠度的原因，造成推力轴承、支持轴承温度升高及支持轴承振动增加[3]。
4.3上汽600MW等级超临界汽轮机组推力轴承温度超标报警对策
4.3.1检修中严格按照规范，测量、修理、调整、安装推力轴承，达到额定载荷；严格控制转子扬度、各通流间隙在合格范围，避免额外增加轴向推力。
4.3.2试验、调整高压调门的进汽方式。通过试验，调整优化高压调门阀序或重叠度，减小蒸汽激振或扰动或不平衡进汽的影响，减轻转子轴向分力的突变，使推力轴承较及时地平衡正反向轴向推力。当上述方法收效不明显时，采用单阀方式全周进汽，一般都会使推力瓦温趋好，但会使调门节流损失增大，经济性下降。
4.3.3优化运行调整，严格控制汽水品质，避免工况剧烈波动，降低推力轴承温度超标风险。
5.总结
综上所述，汽轮机推力轴承温度超标报警是一个较为普遍的问题。为了有效解决这一问题，应当对引起汽轮机推力轴承温度超标的原因进行综合分析，并针对具体的机组，采取合理可行的对策，以此来消除温度超标报警故障，确保汽轮机组安全、稳定、可靠运行。
参考文献：
[1]何国安，刘永民，杨金星，晋树伶，张学延.推力轴承对汽轮机径向振动的耦合分析[J].热力发电，2018（9）：87-88.
[2]刘佳，秦艳娟.工业汽轮机固定瓦推力轴承改进及效果研究[J].中国设备工程，2017（2）：32-33.
[3]马骏，孙敏，安海阳.汽轮机推力轴承故障原因分析与处理[J].东方汽轮机，2016（9）：102-103.
论文作者:严祥烨
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/5
标签：推力论文; 轴承论文; 瓦块论文; 汽轮机论文; 温度论文; 轴向论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第22期论文;