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摘要：在电厂运行过程中，推力瓦块温度过高是困扰汽轮发电机组稳发、满发、安全稳定运行的一个难题；影响推力瓦块温度高的原因很多也很复杂，从某种程度上讲推力瓦温度的高低，反映了汽轮机组的设计、制造、安装及检修的质量。论文从某电厂600MW机组出现的推力瓦块温度高这一实际问题为例，阐述了其推力瓦温度高产生的原因、处理方法。检修后机组运行情况表明，其原因分析及处理方法是准确、可靠的，研究成果可为同类型600MW机组提供参考和借鉴。
关键词：汽轮机；推力瓦；瓦温高；磨损
1、前言
推力轴承是汽轮机的重要部件，其作用是用来承受蒸汽和发电机磁场作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证通流部分动静间隙正确，在运转过程中还能够承载消化转子的轴向推力。现在很多实践表明，导致机组保护停机的原因里面，推力瓦温度过高的因素占据很大一部分，有关推力瓦的温度升高的原因很多，我们不仅要分析找出相应的问题，而且在查找问题原来症结上找出原始的因素，譬如一些潜在的推力瓦块钨金的磨损、推力瓦承受的轴向力都是要我们要考虑的辅助因素。对推力瓦温度升高问题的解决的不恰当性会导致无法预料的其他连锁反应，必然会造成整个汽轮机的无法使用，对安全生产和效率生产起着负面的作用。因此推力轴承的正常工作是汽轮发电机组安全稳定经济运行的先决条件之一。在火力发电厂，汽轮机运行中推力轴承推力瓦块温度高是较常见和较难处理的故障。推力轴承瓦块温度是监测推力轴承能否正常运行的重要参数，在机组运行过程中如果瓦块温度长期超标，会加速推力瓦块的磨损，严重时将会烧毁推力瓦块，造成汽轮机组的重大磨损事故。
2、典型事例及原因分析
某电厂#4机组系东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的N600-24.2/566/566型超临界压力、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽器式机组，该机组2008年投产后推力瓦温度基本正常，然而到2015年12份，该机组推力轴承工作瓦一局部瓦块温度高达105℃(110℃跳机)，超温严重已经影响到了该机组的安全稳定运行，为此我们对推力瓦块温度高的原因进行了分析并做出了相应的处理。
2.1 瓦块温度升高的原因分析
推力瓦温度高的问题发生后，对热工测点、信号电缆及信号取样模块进行了检查，并通过对空负荷及带负荷后推力瓦温随负荷升高的特点，排除了热工信号问题。依据负荷与推力瓦温度的对应关系，现场曾假想是轴向推力随负荷升高而变大，继而引起工作面推力间隙变小，导致油薄厚度变薄，工作面冷却油流量变小而超温。此种假设涉及因数较多，且非常复杂，如汽缸内部通流结构、发电机运行中的磁场中心等皆为不可测量因数，可能性很小，最终将问题归结到推力轴承本身结构及安装是否符合技术设计规范。
2.1.1 轴承结构
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图1 推力轴承结构
该机组为斜面式推力轴承，由两个旋转推力盘和两个推力瓦组成，旋转推力盘构成了轴承的前部和后部，推力瓦支撑在箱体内，以使它们可以位于对着旋转推力盘转面的位置，旋转推力盘表面经机加工和研磨形成光滑的平面；两侧推力瓦基本为铜质半圆环、表面浇注有巴氏合金层，将推力瓦的巴氏合金表面分成十小块，每一小块表面沿推力盘旋转方向刮出倾斜的坡度，使旋转的推力盘和推力瓦之间形成油楔，推力瓦沿径向切出扇形面和进油槽，径向油槽在外端被挡住，以保持油槽的油压。轴承外侧被加工成一个球面，座入球面轴承套内，球面轴承外壳与轴承体之间有少许的过盈量，接触面积应为50%或50%以上，这是为了不让轴承体在轴承外壳内有轴向窜动的可能，从而使推力瓦与推力盘自动对中，以使各推力瓦块的受力趋向均匀，油膜稳定。推力轴承的结构如图1所示:
2.1.2 机组轴向推力的组成及推力轴承的重要性
汽轮机的轴向推力即整个转子上的轴向推力，主要是各级轴向推力的总和，是由作用在动叶片上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力以及作用在轴的凸肩处的轴向推力3部分组成的，而承担此推力的部件就是推力轴承；若轴向推力大于推力轴承的承载能力，推力轴承瓦温将升高直至损坏，使转子产生轴向移动，引起动静部件接触、磨损甚至破坏。
2.1.3瓦温度升高的原因分析
该机组在2016年2月因推力瓦温度高解体检修前（负荷为590MW），工作推力瓦各块温度测点温度如下表1所示；从表1数据可看出P3点瓦块温度超过高报警值85℃而达到104.3℃，超温很严重。
表1 修前推力工作瓦块对应测点温度
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在该机组检修解体推力轴承后发现，各个工作推力瓦块表面均有微小硬颗粒划痕，巴氏合金均有受损，其中P3测点对应的瓦块磨损最为严重，分析P3测点对应的瓦块温度高的原因是由于瓦块与推力盘的接触面积过大，使得瓦块与推力盘的接触面恶化，导致进油口处间隙过小，破坏了形成油膜润滑的基本条件，使瓦面没有充分油量冷却而导致金属表面局部干摩擦，这样在转子轴向力的作用下引起瓦温高是必然的，如果这种状态继续发展，就会导致轴承合金熔化事故。
3、瓦块温度高处理方法及效果
在推力瓦的检修过程中，既要保证各瓦块之间的厚度差和不平行度，又要保证推力盘与推力瓦的接触面积在设计范围之内，因此应采用正确的测量方法，即背部平面朝上，将瓦块放平，使瓦块合金面与平板全部接触，移动瓦块，千分表的最大跳动量即为该瓦块的不平行度。修前修后各推力瓦块厚度、平行度数据如图2—图5所示。
从图2—图5的检修记录数据可以看出，修前P3测点对应的瓦块内外斜面厚度差分别为0.04mm和0.01mm，平行度分别为0.03mm和0.06mm，不符合内外斜面的实际高低差标准0.23mm和0.15mm（该标准来源于图6，对照推力瓦斜面加工尺寸图，得出该型机组推力瓦的斜面修刮验收标准。），本次检修针对此问题，在检修过程中采取了如下消除措施：
1）检修人员清除推力瓦表面的异物或污物，然后对推力瓦块进行压红丹研磨划线修刮，在这个过程中要保证推力盘与推力瓦的接触面积在设计范围内达到70%.
2)针对进油口处因间隙过小油膜受挤压过薄问题，开大了推力瓦进油口处的进油囊，但是由于开大油囊的同时会增加推力盘与推力瓦的接触面积，所以要注意保证推力盘与推力瓦接触面积处于合理范围之内。
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图6 推力瓦斜面加工尺寸图
通过对P3测点工作推力瓦块的检修，使厚度差、不平度几乎达到设计标准，从该机组推力瓦检修后运行情况来看，P3测点对应的瓦块温度明显的降低了不少，修后590MW负荷下的推力瓦测点温度见表2。
表2 修后工作推力瓦块对应测点温度
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4、防止推力瓦瓦温高磨损的措施
1）严格检修质量，利用每次大修或者解体推力轴承的机会，严格检查每块推力瓦块的厚度差和平行度，使其不超过标准0.02mm。
2）每次修刮、研磨过程中，要保证推力盘与推力瓦扇形接触区域的接触面积达到70%以上。
3）每次解体推力轴承后，在回装的过程中严格保证球面瓦枕对球面套的紧力在合格范围之内，使其球面套中的推力瓦与推力盘自动对中。
4）机组大修后，严格用正确的测量和调整方法保证推力间隙在合格的范围之内。
5）平时机组运行时，加强轴向位移数据的监测并记录其走向趋势。
6）加强润滑油系统的可靠性，防止异物进入推力轴承或供油压力流量不足。
7）加强DCS系统的可靠性，防止中压联合汽门突然关闭，造成中、低压缸失汽，转子瞬间受到向机头方向的巨大推力，使正推力瓦块油薄破坏，造成推力瓦温度高乌金磨损。
5、结论
1）针对机组在运行过程中突然出现正向推力瓦局部瓦块温度异常升高，通过原因分析，及时找出了问题所在，发现是由于瓦块与推力盘的接触面积过大，使得瓦块与推力盘的接触面积恶化，导致进油口处间隙过小，破坏了形成油膜润滑的基本条件从而使正向推力瓦温异常升高。
2）对照机组推力瓦的斜面修刮验收标准进行了相应的检修工作。通过本次检修的实践探索和开机情况表明，对推力瓦块斜面进行修复，是消除推力轴承推力瓦块温度高的有效方法。
3）汽轮机正常的运行离不开推力瓦，而推力瓦的瓦温直接影响到汽轮机的正常运行；长久以来，有很多因推力瓦温度升高，造成了汽轮机工作效率低下和安全隐患的问题。因此本论文的研究成果具有重要的现实意义。
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论文作者:邱才德
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：推力论文; 瓦块论文; 温度论文; 机组论文; 轴承论文; 汽轮机论文; 轴向论文; 《电力设备》2018年第21期论文;