汽輪機軸承的安裝檢修方法探討

駱建成

（廣東拓奇電力技術發展有限公司，廣東 廣州 510000）

汽輪機軸承的安裝檢修方法探討

駱建成

（廣東拓奇電力技術發展有限公司，廣東 廣州 510000）

文章概述和總結了在安裝檢修常規電站汽輪機支持軸承和推力軸承在安裝檢修過程中應注意的若干問題，可供安裝檢修公司和電廠相關專業參考。

軸承；軸瓦；軸頸

1 概述

軸承是汽輪發電機組軸系的重要部件，它承受轉子的重力并支承轉子的轉動，對正常運行的汽輪發電機組軸系振動，軸瓦烏金溫度，回油溫度等起著十分重要的影響。現代大型汽輪發電機組通常使用的支持軸承都是圓筒軸承，橢圓形軸承，三油楔軸承和可傾瓦軸承等，軸承的設計合理與否，安裝質量的好壞，對汽輪發電機組的安全穩定運行起著十分重要的作用。

2 汽輪機軸承的分類及支持軸承工作原理

汽輪機軸承可分兩大類：一類是承擔轉子重量及不平衡重量產生的離心力和確定轉子在汽缸內徑向位置的支持軸承或稱徑向軸承。另一類是確定轉子在汽缸中軸向位置和承受轉子軸向推力的推力軸承。

支持軸承常見的軸承形式有圓筒形軸承、橢圓軸承、可傾瓦軸承和組合軸承（下部為可傾瓦，上部為圓筒形）等。

支持軸承的工作原理分別以圓筒形軸瓦和可傾瓦軸承為例子說明。

圓筒形軸瓦工作原理（見圖1），軸瓦直徑是大于軸頸直徑的，在靜止狀態下，軸頸置于軸瓦底部，軸頸圓心 O’在軸瓦中心O的正下方，軸頸與軸瓦之間構成自上而下的楔形截面間隙。當連續向軸承內提供足量的潤滑油，并使軸頸高速旋轉（圖示為順時針方向旋轉），右側楔形間隙中有粘性的潤滑油附在軸頸上一起轉動，并帶動各層油一起轉動，而且將潤滑油有寬口帶向窄口，楔形間隙的進油量大于出油量，并且潤滑油不可壓縮性，使積聚在狹窄的楔形間隙中產生油壓，當油壓超過軸頸上的載荷時，就抬起軸頸，軸頸抬起后，楔形間隙增大，油壓有所下降，軸頸又下落一些，直至楔形間隙內油壓與軸頸載荷平衡，軸頸便穩定在一定位置上旋轉。此時，軸頸與軸瓦間有油膜隔開，建立了液體摩擦，使軸承穩定工作。

圖1 軸承中液體摩擦的建立

國內外大容量機組普遍采用一種較新形的軸承——可傾瓦支持軸承。可傾瓦軸承通常有3～5塊或更多塊能在支點上自由傾斜的弧形瓦塊組成，其原理（如圖 2）所示。瓦塊在工作時可以隨著轉速、載荷及軸承溫度（油粘度）不同而自由擺動，在軸頸周圍形成多油楔。如果忽略瓦塊的慣性、支點的摩擦阻力及油膜剪切內摩擦力等的影響，每塊瓦塊作用到軸頸上的油膜作用力總是通過軸頸中心的，不易產生軸頸的失穩分力，因此具有較高的穩定性，理論上可以完全避免油膜振蕩的產生。另外，可傾瓦可以自由擺動，增加了支承柔性，能吸收轉軸振動能量的能力，即具有很好的減振性能。

圖2 可傾瓦支持軸承原理圖

3 軸承的安裝及檢修

軸承運抵施工現場，應組織施工單位、監理公司、設備供貨商及業主等有關人員進行共同開箱，按裝箱單清點設備，檢查設備數量是否齊全，外觀檢查設備是否有碰撞損傷等現象，是否有嚴重的銹蝕現象。軸承解體要對各個零部件的位置打上記號，防止組裝時裝反方向和裝錯位置。軸承清洗干凈后，檢查軸瓦烏金是否有刮傷等現象，施工現場有條件的應通知金檢人員對軸瓦烏金進行著色檢查，檢查軸承烏金是否有裂紋、氣孔、夾渣、脫胎等缺陷。如果施工現場沒有條件進行著色檢查，應進行浸泡煤油試驗，把軸承放在煤油箱里面，煤油深度要能淹沒整個軸承，浸泡二十四小時之后吊出來，用碎布把煤油抹干凈，在軸承的表面涂上一層白石灰水，等到白石灰水風干之后，檢查軸承瓦胎與烏金接合處是否有煤油滲出而浸濕白石灰水，分析判斷軸承瓦胎與烏金之間是否有鑄造不嚴實而脫落的現象。

雖然制造廠在設計制造軸承時已計算好軸承的承載能力和軸承的溫度。但考慮到加工精確度，軸承瓦胎鑄造后風化時間是否足夠或者氣候的變化而造成軸承變形，就有可能產生轉子軸頸與軸承烏金接觸面積達不到 75%的要求，在以后運轉過程中就會造成軸承烏金溫度局部偏高。因此在安裝施工過程中必須對軸頸與軸瓦烏金接觸面積進行檢查。其方法是：把支承轉子的兩個下瓦吊裝在軸承座里，在轉子軸頸處涂上紅丹，把轉子水平吊放在軸瓦上面，盤動轉子，使涂了紅丹的軸頸與軸瓦烏金發生磨擦，然后吊出轉子，檢查軸瓦烏金上面紅丹的接觸情況。接觸面積達不到圖紙要求的，應用刮刀把凸出部分修刮掉，修刮用的刮刀刀口不能起線，刀口平整，同時要盡量保證烏金表面修刮后平滑過度，如此反覆進行直致其接觸均勻。修刮時要把頂軸油進油孔封堵好，以免刮出來的烏金屑掉進去而把頂軸油進油堵死。

軸承在設計時已經考慮到軸承進油壓力和進油量，如果軸瓦中分面有間隙，不能夠密封有泄漏現象就會造成軸承進油壓力降低，進油量減少，這樣會影響軸瓦的烏金溫度和回油溫度，油膜厚度，因此必須要檢查軸承中分面的接合情況。把軸承上下半組合并擰緊中分面螺栓的情況下，用 0.05mm塞尺檢查不能塞入通過，如果局部地方間隙偏大，要進行研磨修刮，修刮時鏟刀的切削方向要與油的泄漏方向成垂直，以免由于鏟刀口的不平滑造成加工起槽產生泄漏現象。

為了使軸承和轉子軸頸在縱向方向能更好地接合，固定式軸承（如圓筒軸承、橢圓軸承、三油楔軸承等）瓦套和軸承襯瓦套之間一般設計有球面配合，軸承運抵施工現場后，其球面之間的接觸要進行檢查。考慮到軸承襯瓦厚度不大，剛度不夠，容易發生彈性變形，檢查時要把整個軸承組裝好，在軸承瓦套球面處均勻涂上紅丹，把整個軸承組裝，插上中分面定位銷，擰緊中分面螺栓，上下左右搖動軸瓦。如果軸瓦和瓦套之間緊力配合，軸瓦搖不動，可調節中分面螺栓的緊力使其能搖動，使軸瓦和瓦套球面的表面之間發生磨擦，兩個球面的表面就會有接觸的痕跡出來，接觸不良的要進行修刮。修刮過程要盡量保持其表面的光潔度，不能用角磨砂輪機等較為粗糙的加工工具進行修刮，應該選用鏟刀，油光銼刀等較為精細的加工工具進行修刮。每次修刮的切削量不能太大，分多次慢慢進行，等到接觸點均勻分布后，其表面用金相砂紙進行拋光。球面檢修完成之后要經施工單位質量部、監理單位工程師、業主等有關部門的人員檢查驗收確認。球面經過修刮后，其配合間隙（或緊力）會發生改變，因此必須進行重新測量。采用壓鉛絲的辦法進行，由于間隙較小（有些軸承設計是緊力）在軸承瓦套中分面處加臨時墊片把上瓦套墊起，臨時墊片的厚度選定后，鉛絲的直徑要與之相對應，鉛絲的壓縮量不能超過其直徑的二分之一，壓縮量過大，測量出來的數值不準確，最好壓縮量是鉛絲直徑的三分之一左右。把鉛絲彎成一個圓形，放置在軸承球面的頂部中間處，軸承瓦套中分面處放置臨時墊片，組裝軸承，插上定位銷，對角均勻擰緊中分面螺栓，用塞尺檢查軸承瓦套縱向前后的間隙是否一致。（如果前后間隙偏差過大要分析原因，找出原因并加以處理后重新測量），檢查如果無異常，把中分面螺栓松開，撥出定位銷，吊起上半瓦套，用外徑千分卡尺測量鉛絲的厚度，用鉛絲的厚度減去臨時墊片的平均厚度，是正值即表示是間隙配合，若是負值即表示緊力配合。如果得出的數值與設計要求不相符，要進行處理，間隙過大（緊力偏小）可以修刮軸承瓦套中分面來進行調整，間隙過小（緊力偏大）可以在軸承瓦套中分面加不銹鋼墊片調整。

根據支持軸承的工作原理，每個軸瓦應有足夠的潤滑油量及時把軸瓦內的熱量帶走，才能保證軸瓦烏金溫度始終保持在允許的范圍之內（在70℃～90℃的范圍內，是正常狀況，極限≤100℃～110℃）這就要求軸頸和軸瓦之間要有足夠的間隙。也就是說在運行狀態下，要有足夠的供油量來保證油膜的厚度，為了能夠保證軸瓦有足夠的供油量，在圓筒瓦軸承和橢圓軸承下瓦左右中分面往下開一個進油油囊，油囊的寬度和下瓦進油口的寬度一樣，長度是把下瓦內半圓周長分成三等份。左右油囊各占三分之一，油囊的下部修刮成半橢圓形，其深度是底部半橢圓形處0.05～0.10mm，靠上端軸瓦中分面處是0.60～0.80mm。機組運行時，油囊里面充滿著潤滑油，轉子軸頸高速轉動時就有足夠的潤滑油被帶到軸頸下方而形成較大的油膜厚度，油囊里面的油在轉子軸頸高速轉動的帶引下，也是在高速轉動，自上至下油膜壓力在不斷升高，如果油囊表面修刮不平滑就會造成油膜壓力波動，造成“油膜振動”而引起轉子產生振動，因此油囊表面自上至下要平滑過渡。修刮時可將油囊的長度分成約干等份，每等份處畫上記號（等份越多越精確），計算出各等份處的深度。若靠軸瓦中分面處深度是 0.80mm，往下四分之一處深度0.60mm，中間處深度0.40mm，再往下四分之一就是0.20mm，最低處就是0.05mm（如圖3）所示。油囊深度的測量辦法是用一把比軸瓦寬度稍長的直尺（如深度游標卡尺的主尺）靠在軸瓦上壓實，用塞尺測量各等分記號處的深度，各等份處的深度修刮到符合要求，油囊的表面就較平滑，不會形成波浪形。由于各制造廠的設計要求不同，油囊是否要加工修刮，加工深度是多少要征得制造廠的確認之后，方可進行修刮，以免造成不應有的錯誤。

圖3 支持軸承油囊修刮示意圖

考慮到汽輪機組在安裝和以后的檢修中，便于軸系中心的調整，設備制造廠在設計和選用不同軸承型式的基礎上，根據軸承的結構型式和位置等因素設計選用不同的支承型式,把軸承支承固定在軸承座上面。有選用無瓦枕支承固定方式，有些選用固定（不能折卸）的瓦枕支承方式，還有些選用可拆裝調整瓦枕支承方式，轉子的重量和軸承的重量是靠瓦枕支承在軸承座上面，使用調整墊片調整軸系中心，墊片的張數不能太多，部頒標準不得超過三張。可拆裝調整瓦枕支承固定方式下瓦通常是兩塊或叁塊瓦枕支承，上瓦頂部設有一塊瓦枕，瓦枕和軸承座之間要求接觸嚴密，由于轉子的載荷較大加上轉子是高速轉動，如果瓦枕與軸承座之間接觸不夠嚴密會造成轉子的振動。因此，當軸承，軸承座，轉子等設備運抵現場，軸承進行檢修后，把下瓦吊放在軸承座上面，吊進轉子，測量轉子對應油檔洼窩的中心位置，根據測量出來的數據，調整瓦枕墊片厚度，達到轉子對應油檔的洼窩中心。由于瓦枕與軸承座洼窩是圓孤形接觸，調正之后瓦枕圓弧幾何尺寸發生變化，與軸承座洼窩圓弧幾何尺寸不符合，因此必須修刮瓦枕的圓弧達到與軸承座洼窩圓弧相吻合。各瓦枕墊片調整量計算，是根據瓦枕中心和軸承園周中心點的連線與軸承垂直中心線的夾角θ來計算（見圖4），需要調整的數值和COSθ的乘積。即為該瓦枕調整墊片的調整量（例：轉子要升高0.10mm，底部瓦枕調整墊片加厚0.10mm，左右兩塊瓦塊的調整墊片，調整量是0.10mm×COSθ）。

汽輪機扣大蓋之前，瓦枕的研磨不用翻瓦可直接在軸承上面研磨。但汽輪機扣大蓋后，待基礎二次灌漿完成，連通管導汽管安裝完畢，轉子聯軸器連接前的軸系中心復查，由于轉子不能吊走，就需要把下瓦翻出來才能修刮。考慮到在翻瓦過程涂在瓦枕上面的紅丹接觸點有部分是翻瓦時由于瓦枕和軸承座洼窩表面發生磨擦而產生的接觸假點，因此在下瓦翻出來之前，使用塞尺檢查瓦枕與軸承座之間的接觸情況，判斷確認那些接觸痕跡是真，那些接觸痕跡是假。如果把所有的接觸痕跡都研磨掉，很難把軸承瓦枕修刮好。軸承瓦枕接觸要達到均勻接觸，接觸面積不能少于 75%，且 0.03mm塞尺不能塞入。有些軸承設計時軸承瓦枕處開有進油孔，進油孔的整個圓周必須接觸嚴密，以防漏油而造成軸瓦進油壓力降低進油量減少。

汽輪機軸系一般都設置有推力軸承，用來承受軸系的軸向推力。其推力盤，油膜，推力瓦塊之間的工作原理與支持軸承類似。只是其載荷不是轉子的重量，而是軸系的軸向推力。推力軸承分為工作側瓦塊和非工作側瓦塊。檢修時要檢查測量每側瓦塊的厚度差。同側瓦塊的厚度差不能超過0.02mm。根據轉子的旋轉方向確認瓦塊的進油方向（工作側與非工作側方向相反）。在進油方向處要修刮進油油楔。瓦塊與推力盤之間的接觸的檢查，由于瓦塊間存在厚度差，瓦塊與推力盤之間的接觸情況不能單獨進行，采用模擬運行狀態進行。組裝好推力瓦，軸向加力（約5噸左右）推動轉子，使推力盤與推力瓦塊貼實后盤動轉子。涂在瓦塊上的紅丹就會有接觸痕跡出現。同樣的辦法檢查另一側瓦塊的接觸情況，接觸不均勻的要進行修刮，直至修刮到每塊瓦塊接觸良好受力均勻。各個推力瓦塊接觸合格后，才能進行推力間隙測量工序。若推力間隙不符合設計要求，可調整支持環背后的調整墊塊厚度來達到。

汽輪機扣完大蓋，軸系中心的復查結束，靠背輪連接完畢，潤滑油的油質經化驗合格，油循環結束后，軸承的安裝進行正式封閉工作。考慮到潤滑油質的問題，整個軸承必須徹底清洗并用壓縮空氣吹掃干凈。軸瓦的各項安裝數據需最后測定確認。頂軸油進油孔必須確認里面無雜質通暢。下半軸瓦翻上來后，應馬上封堵好軸承座的進油孔，防止雜物掉進油孔里面。在軸系找中心盤車及翻瓦的過程，有可能造成轉子軸頸和軸瓦烏金拉毛。此時轉子軸頸處需用麻繩加潤滑油泡光滑，軸瓦烏金表面使用刮刀修刮光滑。軸瓦回裝前要確認熱電偶的完好，并用壓縮空氣把軸承吹掃干凈，表面抹上潤滑油。下半軸瓦安裝到位后，最好重新檢測熱電偶是否完好。若是圓筒形軸承、橢圓形軸承，使用塞尺重新測量確認側部間隙，采用壓鉛絲的辦法重新測量軸瓦頂部間隙。可傾瓦由于瓦塊可以活動，瓦塊在翻瓦時要利用特制的固定螺釘（專用工具）擰入瓦塊內，將瓦塊固定在軸承套上面，防止吊裝時瓦塊脫落。不能采用壓鉛絲的辦法測量可傾瓦的頂部間隙。有些制造廠（如上海汽輪機廠600MW機組）在瓦套上面加工有測量用的孔，如果有測量孔的可用深度千分尺測量瓦塊的提升量。如果瓦套上面沒有測量孔（哈爾濱汽輪機廠300MW機組）的，用兩顆特制的螺釘（專用工具）把瓦塊提起來，用塞尺在瓦塊前后處測量。由于瓦塊前后擺動，用兩把塞尺前后同時塞，取平均值即可以了。安裝下半軸承，有個值得注意的問題，就是軸承防止由于轉子轉動帶動其轉動的定位銷。如果設計在軸承水平中分面處，下瓦安裝到位之后，最好用銅捧把軸瓦往回敲一點點，使定位銷不受力。由于定位銷受力，就有可能出現不靠定位銷側的瓦枕受力較重，底部瓦枕受力較輕，靠定位銷側的瓦枕不受力，造成瓦枕受力不均勻。軸承安裝不到位，左右偏移，這樣有可能引起轉子運轉時，軸承和轉子的振動偏大。

[1] 陸頌元.汽輪發電機組振動[M].中國電力出版社, 2000(4).[2] 華東六省一市電機工程(電力)學會.汽輪機設備及其系統[M].中國電力出版社,2000(3).

[3] 銀聲音像出版社.火電廠汽輪機運行調試檢修與維護技術手冊第一卷、第二卷、第三卷、第四卷[M].

[4] 周禮泉.大功率汽輪機檢修[M].北京:中國電力出版社,1997.

TM311

A

1008-1151(2011)08-0134-03

2011-05-12

駱建成，供職于廣東拓奇電力技術發展有限公司。

圖4