核電汽輪機軸瓦溫度高的常見原因分析

朱鋼梁

（海南核電有限公司運行處，海南 海口570100）

核電汽輪機軸瓦溫度高的常見原因分析

朱鋼梁

（海南核電有限公司運行處，海南 海口570100）

針對核電廠汽輪機軸承溫度高的常見現象，本文結合某核電廠1、2號機組及參考電廠發生過的汽機軸承溫度高的事例，介紹了可傾瓦軸承的工作原理及特性，分析闡述了汽輪機軸承溫度高的常見原因，并在運行及檢修中實施后取得了良好的效果。

核電；汽輪機；軸承溫度

0 前言

某核電廠1#、2#機組運行的汽輪發電機組是一臺單軸、四缸六排汽帶中間汽水分離再熱器的反動凝汽式汽輪機，型號為HN650-6.41。軸系中共有11個軸承（含發電機和勵磁機轉子），其中汽輪機設有8個支承軸承，均采用四瓦塊可傾瓦軸承[1]，該電廠機組的軸承在調試階段和運行期間曾出現多次出現軸承溫度異常升高的問題。

1 軸承溫度偏高原因分析及處理

1.1 潤滑油油質不合格

潤滑油油質不合格，對汽機軸承溫度的影響很大，主要有以下幾個方面：

1）若潤滑油中含有的雜質，尤其是金屬雜質，則瓦塊易被刮傷，瓦塊刮傷會造成軸瓦金屬溫度高，這在新建成投產的機組中較為常見[4]。

2）若潤滑油中含有雜質，可能引起油管路的堵塞，造成油品的流通不暢，無法形成油品的大流量循環，不能夠及時帶走系統產生的熱量，極易引導起熱的積聚，這是軸承溫度高的原因之一。

3）若潤滑油中含有雜質，則在汽輪機低轉速時，可能破壞軸瓦的頂軸油囊，造成頂軸油壓不正常，不能建立符合要求的油膜。在汽機正常運行情況下油中雜質會使瓦塊擺動功能受限、活動不靈敏，可能影響油膜的正常形成，造成大軸與軸瓦之間的摩擦，損害軸瓦。

1.2 潤滑油溫度的影響

潤滑油在軸承中的作用除了形成油楔外，還同時用于軸承冷卻，即潤滑油在循環過程中不斷帶走軸承摩擦所產生的熱量，從而保持軸承溫度穩定，因而潤滑油溫度的升高會在一定程度上減弱潤滑油冷卻作用，使得軸承金屬溫度升高。而潤滑油溫度的升高會顯著降低潤滑油黏度，降低軸承中潤滑油油楔剛度和厚度，導致油膜承載力減小，最終可能會發生油楔破裂。一旦油楔發生破裂，將產生所謂的混合摩擦，軸承金屬溫度立刻上升，嚴重時會發生咬合現象。相反，如果潤滑油溫度越低，則潤滑油粘度愈大，油膜的承載力愈大，但油的粘度過大，會使油分布不均勻，增加摩擦損失。

1.3 軸承載荷變化

1.3.1 軸承標高變化

機組在冷態下進行軸系中心調整，當機組起動后從冷態變化到熱態時，各軸承的標高變化可能不同，會引起各軸承負荷發生變化，從而導致各軸承溫度發生相應變化[11]。例如在某核電廠發生的幾次汽機軸瓦溫度高事件中，根據設計要求，在冷態情況下調整各軸瓦位置標高不同，使得各轉子連接成整體軸系時，各軸瓦能夠均衡承載。但是機組啟動從冷態到熱態后，各軸承標高變化可能不同，將導致個別軸瓦的載荷過大，會造成瓦塊和軸頸間油膜變薄。相應的，潤滑油量供給變少，軸頸處摩擦熱量帶出能力下降，瓦溫會明顯升高[5]。

1.3.2 機組運行方式的影響

當任一調門開啟后，蒸汽會產生軸向分力和圓周切向分力，其中圓周切向分力推動汽輪機動葉片旋轉做功，同時上部調門的高壓蒸汽會使汽輪機轉子產生向下的作用力導致軸瓦載荷增加;同樣下部調門的高壓蒸汽使汽輪機轉子產生向上的作用力導致軸瓦載荷減少，因此改變調門的開啟順序會對軸瓦的載荷產生影響，從而影響軸瓦的金屬溫度[14]。

1.4 潤滑油流量不足

軸承潤滑油有潤滑和冷卻功能，如果軸瓦進油量不足或排油不暢，運行中廠成生的熱量無法及時帶走，就會導致軸瓦溫度偏高。當然，潤滑油系統的交、直流油泵在啟、停機及事故跳機時不能正常工作、主油泵故障等原因造成潤滑油壓降低、潤滑油流量減少也將引起軸瓦溫度升高。

1.5 頂軸油系統故障

汽輪機啟動過程中因轉速未達到一定數值，無法形成壓力油楔，軸承尚不能支承軸頸，因而規定在轉速低于2200r/min時必須開啟頂軸油泵以托起軸頸。同樣汽輪機停機后，若轉速低于2200r/min，必須自動開啟頂軸油泵，以防軸頸和軸承間的直接摩擦。但是當頂軸油管逆止閥不嚴或者頂軸油管下游管線破裂等都將導致油膜壓力下降，軸瓦溫度升高。

1.6 軸瓦自位能力不足

1.6.1 球面銷或墊片卡澀

可傾瓦塊在背部設置有支撐銷餅，運行中可根據軸頸狀態實現輕微擺動，能夠在一定程度上補償轉子振動、載荷及位置的變化，始終保持所有瓦塊中油膜作用在轉子的支持力指向中心，具有較高的穩定性。當瓦塊背部銷餅存在有墊片制作不良，有毛刺存在，或油中雜質卡澀等情況時，會使瓦塊擺動功能受限、活動不靈敏，油膜不能正常建立，也會是潤滑和冷卻效果變差，造成瓦溫升高。例如某核電廠發生的幾次汽輪機軸瓦溫度高事件中均有這方面的因素存在[5]。

1.6.2 軸瓦安裝有問題

軸承緊力過大、軸承底座墊片過多、可傾瓦墊塊裝反限制了活動范圍、軸承安裝偏斜、軸承與軸頸揚度不一致(不同軸)等，都可能使軸瓦自動調整能力變差，從而導致軸瓦溫度升高。

1.6.3 軸瓦本身結構的影響

在2015年3月8日發生的1號軸承溫度異常上升事件中發現1號軸瓦與軸頸曲率不一致的現象。可傾瓦的瓦塊獨立配置，加工和制作過程是整體車削、整體成型，同時軸瓦與瓦套共同配套制作，制作完成后要求軸瓦各瓦塊安裝后與軸頸配合曲率一致。如瓦塊和軸頸曲率不一致，軸瓦進油口與出油口處油膜厚度不均勻,軸瓦承載不均勻，局部油膜建立不良。如果承載過大，嚴重時會出現瓦塊與軸頸抱死，進油間隙消失的情況發生，導致機組低速下瓦溫迅速升高或燒瓦。

實際軸瓦在現場使用中一般只對軸瓦間隙和接觸情況進行檢查，而軸瓦曲率方面則由廠家加工質量保證。此次瓦溫異常發生后，檢查中臨時由廠家制作了假軸，通過匹配軸瓦和假軸來校核軸瓦的曲率，發現軸瓦中部位置有一定的間隙，接觸不良，軸套、軸瓦、假軸安裝就位后，軸瓦進油楔處應無間隙，說明軸瓦曲率存在一定的加工偏差，軸瓦與軸頸接觸面積減小，局部載荷大，造成瓦溫升高。

當然，軸承鎢金澆鑄質量不良、結合不佳等制造原因也將引起軸承金屬溫度升高。

1.7 汽輪機臨界轉速

汽輪機處在過臨界轉速時會導致振動顯著增大。如果此時軸承潤滑油楔建立不好，有可能會因振動增大而導致磨瓦。

2 結論

軸承是汽輪機的重要組成部件，其溫度高不僅會損壞部件，甚至會導致機組停機，為電力生產帶來安全隱患。本文結合某核電廠及參考電廠發生過的事例對汽輪機軸承溫度高的常見原因進行分析闡述，給出了相應的處理措施，并取得了良好的效果，為今后運行人員在汽輪機沖轉及正常運行期間有效防止軸承溫度異常升高提供了借鑒及方法。

［責任編輯：田吉捷］

朱鋼梁（1987—），男，浙江紹興人，東北電力大學本科畢業，海南核電有限公司，助理工程師，主要從事核電廠運行專業領域研究。