汽輪機推力軸承故障原因分析與處理

馬駿，孫敏，安海陽

（東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000）

?

汽輪機推力軸承故障原因分析與處理

馬駿，孫敏，安海陽

（東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000）

推力軸承作為汽輪機的關鍵部件，其作用在于固定轉子與汽缸之間的軸向相對位置并承受剩余軸向推力。由于球面加工質量、現場裝配誤差和軸瓦套受力變形等原因，軸瓦體與軸瓦套球面常出現球面卡塞并使球面自位能力失效的問題。文章對某電廠600 MW火電機組推力軸承瓦溫偏高的故障進行了詳盡的分析，結果表明軸承球面自位能力失效是瓦溫偏高的最終原因，并給出了處理及預防此類故障的措施和建議。

汽輪機，推力軸承，球面自位能力，故障處理

1　前言

推力軸承是汽輪機中承受轉子軸向推力并限制其軸向位移確保動靜間隙的關鍵部件，其結構如圖1所示，推力軸承通常由推力瓦、軸瓦體及軸瓦套3個部套組合而成，其中推力瓦通過各自所配用的螺栓把緊在軸瓦體上，軸瓦體與軸瓦套采用球面間隙配合實現推力軸承的自位能力。

汽輪機推力軸承一般采用3類結構形式：

（1）對于運行工況推力較小的機組，可采用整體結構式，推力瓦被180°分成兩半，各瓦塊靠成型磨具一次性修刮成型，該結構制造簡單；

（2） 對于運行工況推力較大的機組，可采用米切爾式推力瓦塊，相對上一種結構而言，制造略為復雜；

（3） 對于運行工況推力更大的機組，則采用均載塊式可傾瓦推力軸承。

圖1　推力軸承結構示意圖

而在大功率機組中，軸向推力一般平衡得較好，加之固定瓦推力軸承在制造及安裝中相對較簡便又能滿足實際運行的需求，故在大型火電汽輪機機組中，廣泛采用固定瓦推力軸承。如圖2所示，固定瓦推力軸承采用整圈扇形固定瓦結構，每個扇形固定瓦由斜面和平面組成，運行時，由斜面與轉子推力盤的旋轉平面構成油楔，在各扇形瓦塊上形成動壓油膜力，以便與軸向載荷平衡。

固定瓦推力軸承的測溫點通常在圓周方向上布置4處（見圖2），上下半各2個，本文沿轉子的旋轉方向由上至下依次命名為溫度測點1、2、3及4。

圖2　推力瓦結構示意圖

2　故障簡介

某電廠的600 MW汽輪機自投產以來，與其相配合的推力軸承（固定瓦形式）一直存有局部瓦溫偏高的現象（見表1），該機組正常運行時推力大約10.58 t，軸承比壓4.7 kgf/cm2，對應瓦溫應該在66～68℃左右，但從表1可見，該機組的推力軸承自2010年投運以來，正上測溫點1及正上測溫點2處推力瓦塊一直存在溫度超限的問題，其中正上測溫點2處推力瓦塊的工作溫度連續4年在90℃以上，最高達102℃，正上方測點1處推力瓦塊的工作溫度連續4年在85℃以上，最高達99℃。而與正上測溫點1及2處位置對稱的正下測溫點3及4處位置的推力瓦塊工作溫度則常年處于60℃以內。另據現場收集整理的資料來看，該機此前雖經過數次整修，但效果不佳，現場只有在退出1#高加和2#高加狀態下勉強帶滿負荷運行，此時，瓦溫也勉強維持在100℃以下。但從2013年7月份以后，情況進一步惡化，瓦溫隨負荷的增加上升明顯，高負荷時瓦溫已超過報警值，嚴重影響了主機設備的安全運行。

表1　推力瓦塊測點溫度年最高值

3　原因分析

推力軸承運行過程中瓦溫出現超標的原因主要有：

（1）測溫元件故障或邏輯設置失誤；

（2）潤滑油油量供給不足；

（3）軸向推力超過設計值；

（4）由于加工及安裝不當致使推力瓦個別瓦塊與推力盤接觸存在缺陷（見圖3）；

（5）固定瓦推力軸承軸瓦體中分面錯位；

（6）球面自位能力失效，瓦塊偏載。

圖3　推力軸承與推力盤配合示意圖

原因不同，具體表現又各不相同，查閱該機組前幾次的檢修記錄，可基本排除（1）、（2）、（3）、（4）條原因，其根本原因就是因瓦塊負載不均，球面自位能力減弱，在之后的翻瓦檢查中得以證明。

在接下來的翻瓦過程中發現，該機組的推力軸承主要有如下幾個問題：

（1）軸瓦體中分面錯口0.15 mm左右（軸瓦體上半向瓦溫高側突起）；

（2）松開瓦體中分面螺釘后，軸瓦體上半被輕松取出，中分面銷子沒有起到定位作用；

（3）將軸瓦體上下半把緊后放入下半瓦套內，用手動滑輪吊不動，著色檢查球面接觸后，發現正下方90°范圍內僅有40%接觸，而中分面處有嚴重卡澀（見圖4）。

圖4　中分面定位銷位置圖

綜合上述檢查結果分析，該推力軸承主要問題是在中分面處上下15°范圍內有硬接觸，同時，推力軸承瓦體中分面的定位銷松動，在安裝過程中沒有及時發現或處理而帶入運行，導致推力軸承在運行過程中并沒有起到中分面定位的作用，使得軸瓦體上下半發生明顯的錯位，錯位方向正好朝工作瓦面的上半距推力盤面較近方突出約0.15 mm左右，致使上半推力瓦塊與轉子推力盤之間的間隙偏小，加之在運行狀態下球面不能跟隨轉子的撓度而自位，造成推力盤在間隙小的上半瓦上施力過重，沒有將軸向推力均勻地加載在整圈推力軸承的瓦塊上，結果是上半瓦溫偏高而下半瓦溫偏低。

4　故障處理

針對軸承現狀，現場主要做了如下處理：

（1）修刮球面

用紅丹粉檢查球面接觸，用瓦套與球體進行對研，將卡澀部位硬接觸亮點處用手工拋光機打磨后，用油石進行打磨處理，使得下半軸瓦體球面在130°范圍內均勻接觸，當瓦體放入瓦套后兩人可扭動瓦體，保證球面活動自如，修刮前后球面接觸檢查結果對比如表2所示。

表2　球面復查結果

（2）配置軸瓦體中分面定位銷

銷孔用鉸刀重新鉸制，使中分面錯位降低至0.02 mm，并重新配作瓦體中分面銷子。

經過治理，啟機后該機組推力軸承在現場運行中，滿負荷下各瓦塊溫度均沒有超過80℃，并且各測點溫差不超過3℃（見圖5），由此可見，軸承球面自位能力是影響瓦塊溫度的重要因素。

圖5　修復后軸承溫度值

5　總結

影響推力軸承性能的因素很多，球面自位能力優劣是非常重要的影響因素之一。球面自位能力受多種因素影響，其中現場安裝質量尤為重要。

因此，新軸承到現場后，安裝人員要嚴格按照設計（或工藝）指導書進行，在保證球面下表面接觸要求的情況下適當打磨球面兩側面的硬接觸，最終讓球面轉動自如，進而從根本上解決軸承自位能力差帶來的問題，保證軸承的安全穩定運行。

［1］山西省電力工業局.汽輪機設備檢修技術［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［2］翦天聰.汽輪機原理［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［3］汽機設備檢修工藝規程［Z］.石嘴山發電廠企業標準，1995.

Analysis and Treatment of Failure Causes of Thrust Bearing for Steam Turbine

Ma Jun，Sun Min，An Haiyang
（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

Thrust bearing is a key component of the steam turbine，it is used to fix the relative axial position between the rotor and cylinder，and bear the residual axial thrust.The bearing sleeve and spherical body are often jammed to make the bearing lose self-aligning ability due to the spherical surface machining quality，on-site assembly errors and force deformation of bearing sleeve，etc.In this paper，failure reasons of high temperature for the thrust bearing of a 600 MW thermal power unit are analyzed.The result shows that the failure of self-aligning ability is the ultimate caused the high temperature of the bearing，and it finally gives methods to treat and prevent such failures.

steam turbine，thrust bearing，self-aligning ability，fault treatment

TK262

A

1674-9987（2016）03-0011-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.03.003

馬駿（1982-），男，工程師，2005年畢業于湖南大學工程力學系，現主要從事汽輪機主機設計工作。