摘要：电厂是社会的重要组成，其对人们的生活与工作有着密切的联系，可以为人类社会生产大量的电能，电厂生产体系中，汽轮机发挥着重要的作用，如果汽轮机出现故障，则会影响电厂的经济效益。汽轮机可以将热能转换成动能，可以带动电厂生产系统的稳定运行，汽轮机轴承是比较容易出现故障的部件，维护人员一定要针对其常见的故障，制定出解决的对策，要做好细节优化工厂，这样才能降低设备故障出现的概率，才能保证电厂供电的质量，保证人们可以正常用电。基于此，本文主要对汽轮机推力轴承故障原因与处理进行分析探讨。
关键词：汽轮机；推力轴承；故障原因；处理
1、前言
在电厂常使用的汽轮机轴承中，主要分为两种，即支撑轴承和推力轴承。支撑轴承常用的类型有圆筒形轴承、三油楔轴承、椭圆型轴承和可倾瓦轴承，分别具有其相应的工作轴瓦。推力轴承则是由许多推力瓦块构造而成。一般来说，主要就是由支撑轴承结合而成的联合轴承和推力轴承组成。推力轴承作为汽轮机的关键部件，其作用在于固定转子与汽缸之间的轴向相对位置并承受剩余轴向推力。由于球面加工质量、现场装配误差和轴瓦套受力变形等原因，轴瓦体与轴瓦套球面常出现球面卡塞并使球面自位能力失效的问题。
2、汽轮机推力轴承分析
推力轴承是汽轮机中承受转子轴向推力并限制其轴向位移确保动静间隙的关键部件，其结构如图1所示，推力轴承通常由推力瓦、轴瓦体及轴瓦套3个部套组合而成，其中推力瓦通过各自所配用的螺栓把紧在轴瓦体上，轴瓦体与轴瓦套采用球面间隙配合实现推力轴承的自位能力。汽轮机推力轴承一般采用3类结构形式：
图1推力轴承结构示意图
（1）对于运行工况推力较小的机组，可采用整体结构式，推力瓦被180°分成两半，各瓦块靠成型磨具一次性修刮成型，该结构制造简单；
（2）对于运行工况推力较大的机组，可采用米切尔式推力瓦块，相对上一种结构而言，制造略为复杂；
（3）对于运行工况推力更大的机组，则采用均载块式可倾瓦推力轴承。
而在大功率机组中，轴向推力一般平衡得较好，加之固定瓦推力轴承在制造及安装中相对较简便又能满足实际运行的需求，故在大型火电汽轮机机组中，广泛采用固定瓦推力轴承。固定瓦推力轴承采用整圈扇形固定瓦结构，每个扇形固定瓦由斜面和平面组成，运行时，由斜面与转子推力盘的旋转平面构成油楔，在各扇形瓦块上形成动压油膜力，以便与轴向载荷平衡。
推力轴承也是汽轮机的重要组成，其出现故障后，会出现较大的位移，当超过一定限值后，会导致汽轮机出现保护动作。推力轴承颞部轴向移动数据增加后，汽轮机乌金的温度会升高，如果工作人员没有采取降温的措施，会导致乌金脱落，也会导致瓦块损坏。针对上述现象进行分析，主要的故障原因有以下几个方面：第一，当系统设备内部的蒸汽质量较低之时，叶片会出现结垢的状况，同时针对蒸汽叶片的清理工作没有做到位，也会使得汽轮机轴承出现故障；第二，中压气门的操作失误，或者是错误的管壁等，会使得推力轴承烧坏，最终影响到电力生产；最后，在系统的汽轮机运行过程当中，出现过负荷、蒸汽温度管理不恰当或者水击的情况，也会进一步导致推力轴承烧坏。
3、故障简介
某电厂的600MW汽轮机自投产以来，与其相配合的推力轴承（固定瓦形式）一直存有局部瓦温偏高的现象（见表1），该机组正常运行时推力大约10.58t，轴承比压4.7kgf/cm2，对应瓦温应该在66~68℃左右，但从表1可见，该机组的推力轴承自2010年投运以来，正上测温点1及正上测温点2处推力瓦块一直存在温度超限的问题，其中正上测温点2处推力瓦块的工作温度连续4年在90℃以上，最高达102℃，正上方测点1处推力瓦块的工作温度连续4年在85℃以上，最高达99℃。而与正上测温点1及2处位置对称的正下测温点3及4处位置的推力瓦块工作温度则常年处于60℃以内。另据现场收集整理的资料来看，该机此前虽经过数次整修，但效果不佳，现场只有在退出1#高加和2#高加状态下勉强带满负荷运行，此时，瓦温也勉强维持在100℃以下。但从2013年7月份以后，情况进一步恶化，瓦温随负荷的增加上升明显，高负荷时瓦温已超过报警值，严重影响了主机设备的安全运行。
表1推力瓦块测点温度年最高值
℃
4、原因分析
推力轴承运行过程中瓦温出现超标的原因主要有：
（1）测温元件故障或逻辑设置失误；
（2）润滑油油量供给不足；
（3）轴向推力超过设计值；
（4）由于加工及安装不当致使推力瓦个别瓦块与推力盘接触存在缺陷（见图3）；
（5）固定瓦推力轴承轴瓦体中分面错位；
（6）球面自位能力失效，瓦块偏载。原因不同，具体表现又各不相同，查阅该机组前几次的检修记录，可基本排除（1）、（2）、（3）、（4）条原因，其根本原因就是因瓦块负载不均，球面自位能力减弱，在之后的翻瓦检查中得以证明。
在接下来的翻瓦过程中发现，该机组的推力轴承主要有如下几个问题：
（1）轴瓦体中分面错口0.15mm左右（轴瓦体上半向瓦温高侧突起）；
（2）松开瓦体中分面螺钉后，轴瓦体上半被轻松取出，中分面销子没有起到定位作用；
（3）将轴瓦体上下半把紧后放入下半瓦套内，用手动滑轮吊不动，着色检查球面接触后，发现正下方90°范围内仅有40%接触，而中分面处有严重卡涩。
综合上述检查结果分析，该推力轴承主要问题是在中分面处上下15°范围内有硬接触，同时，推力轴承瓦体中分面的定位销松动，在安装过程中没有及时发现或处理而带入运行，导致推力轴承在运行过程中并没有起到中分面定位的作用，使得轴瓦体上下半发生明显的错位，错位方向正好朝工作瓦面的上半距推力盘面较近方突出约0.15mm左右，致使上半推力瓦块与转子推力盘之间的间隙偏小，加之在运行状态下球面不能跟随转子的挠度而自位，造成推力盘在间隙小的上半瓦上施力过重，没有将轴向推力均匀地加载在整圈推力轴承的瓦块上，结果是上半瓦温偏高而下半瓦温偏低。
表2 球面复查结果
5、故障处理
针对轴承现状，现场主要做了如下处理：
（1）修刮球面
用红丹粉检查球面接触，用瓦套与球体进行对研，将卡涩部位硬接触亮点处用手工抛光机打磨后，用油石进行打磨处理，使得下半轴瓦体球面在130°范围内均匀接触，当瓦体放入瓦套后两人可扭动瓦体，保证球面活动自如，修刮前后球面接触检查结果对比如表2所示。
（2）配置轴瓦体中分面定位销
销孔用铰刀重新铰制，使中分面错位降低至0.02mm，并重新配作瓦体中分面销子。经过治理，启机后该机组推力轴承在现场运行中，满负荷下各瓦块温度均没有超过80℃，并且各测点温差不超过3℃，由此可见，轴承球面自位能力是影响瓦块温度的重要因素。
6、总结
影响推力轴承性能的因素很多，球面自位能力优劣是非常重要的影响因素之一。球面自位能力受多种因素影响，其中现场安装质量尤为重要。因此，新轴承到现场后，安装人员要严格按照设计（或工艺）指导书进行，在保证球面下表面接触要求的情况下适当打磨球面两侧面的硬接触，最终让球面转动自如，进而从根本上解决轴承自位能力差带来的问题，保证轴承的安全稳定运行。
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论文作者:杜英杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
标签：推力论文; 轴承论文; 瓦块论文; 球面论文; 汽轮机论文; 轴瓦论文; 中分论文; 《电力设备》2018年第32期论文;