650MW核電汽輪機(jī)軸瓦磨損原因分析及處理

許福南 王 勇

中國(guó)核電工程有限公司

650MW核電汽輪機(jī)軸瓦磨損原因分析及處理

許福南 王 勇

中國(guó)核電工程有限公司

針對(duì)650MW全轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中軸瓦磨損的問(wèn)題，分析了導(dǎo)致可傾瓦磨損的關(guān)鍵因素，并對(duì)軸瓦進(jìn)行了修復(fù)和復(fù)裝，保證了機(jī)組的順利商運(yùn)。

可傾瓦、顆粒物、自位能力

前言

汽輪機(jī)軸承的正常工作是機(jī)組長(zhǎng)期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障，因此研究軸承存在的問(wèn)題就顯得十分重要。汽輪機(jī)軸承常見(jiàn)的故障形式有兩種：軸瓦溫度高、軸瓦磨損。本文針對(duì)某核電站一期工程1號(hào)機(jī)組軸瓦磨損的問(wèn)題進(jìn)行了分析和處理。

1 機(jī)組軸系簡(jiǎn)介

該核電站采用的是單軸、雙流、四缸、六排汽、帶中間汽水分離再熱器的反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，其型號(hào)為HN650-6.41，各轉(zhuǎn)子間采用剛性聯(lián)軸器聯(lián)接。軸系示意圖如圖1所示(不含勵(lì)磁機(jī))，本機(jī)組共設(shè)10個(gè)支撐軸承， 1#到8#軸承都采用四瓦塊可傾瓦。

圖1 650MW核電汽輪機(jī)軸系示意圖

2 軸瓦磨損及原因分析

2.1 軸瓦磨損情況

2015年12月14日，該核電站1號(hào)機(jī)組按計(jì)劃進(jìn)行168小時(shí)試運(yùn)行。在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)到1100rmp時(shí)2#軸瓦溫度迅速上升到約105℃后又下降到95℃，且汽輪機(jī)繼續(xù)升速過(guò)程中2#軸瓦溫度繼續(xù)攀升。為保護(hù)汽輪機(jī)，在轉(zhuǎn)速達(dá)到2800rmp時(shí)打閘。汽機(jī)墮轉(zhuǎn)過(guò)程中2#軸瓦溫度再次上升并大幅波動(dòng)，最高峰值溫度達(dá)130℃。

軸瓦溫度出現(xiàn)異常后，檢查測(cè)溫元件發(fā)現(xiàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)正常工作，軸瓦溫度測(cè)量值與實(shí)際值相符，確認(rèn)了軸瓦溫度異常的真實(shí)性，隨后對(duì)軸瓦進(jìn)行檢查。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，2#軸承上部瓦塊有輕微磨損，下部瓦塊嚴(yán)重磨損；大軸軸頸有輕微磨痕。其中軸瓦磨損情況如圖2所示。

圖2 軸瓦磨損情況

2.2 原因分析

2.2.1 軸瓦載荷分布的影響。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子從冷態(tài)到熱態(tài)過(guò)程中各轉(zhuǎn)子的膨脹量不同，設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)各轉(zhuǎn)子中心有一定偏差。如果安裝過(guò)程中偏差值與設(shè)計(jì)偏差值不符或各轉(zhuǎn)子的膨脹量之差與設(shè)計(jì)偏差值不符，就必然會(huì)導(dǎo)致軸瓦負(fù)荷分配不均。此外，轉(zhuǎn)子對(duì)接過(guò)程中不可能完全同軸，轉(zhuǎn)子對(duì)輪張口在一定程度上也會(huì)影響軸瓦的負(fù)荷分配。

2.2.2 硬質(zhì)顆粒物的影響。汽輪機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，軸瓦和軸頸之間存在一層0.06～0.1mm的潤(rùn)滑油膜，避免軸瓦和軸頸發(fā)生干摩擦。油膜厚度必須保持在一定范圍，油膜過(guò)厚會(huì)發(fā)生油膜震蕩，導(dǎo)致油膜不穩(wěn)定甚至被破壞；油膜過(guò)薄則容易被油中的雜質(zhì)顆粒物破壞。研究表明，那些直徑為油膜厚度1/10～1/2的固體顆粒最容易破壞油膜。這些固體顆粒可以輕易進(jìn)入軸瓦和軸頸之間的間隙，并且在流體動(dòng)力學(xué)作用下容易產(chǎn)生堆積。聚集的固體顆粒物可以輕易破壞油膜，使軸瓦與軸頸發(fā)生干摩擦導(dǎo)致軸瓦溫度上升；由于巴氏合金硬度較低，當(dāng)顆粒團(tuán)足夠大時(shí)就會(huì)破壞巴氏合金，導(dǎo)致軸瓦磨損。該機(jī)組前幾次沖轉(zhuǎn)軸瓦就發(fā)生磨損，其原因可能是油系統(tǒng)沖洗不徹底或潤(rùn)滑油過(guò)濾不徹底，殘留顆粒物在軸瓦與軸頸的間隙之間大量堆積從而導(dǎo)致軸瓦的磨損。

2.2.3 軸瓦自位能力的影響。可傾瓦在工作時(shí)可以隨著轉(zhuǎn)速、載荷及軸承溫度的變化而自由擺動(dòng)。這樣可以保證軸瓦作用力總是通過(guò)軸頸中心，可以一定程度上避免油膜的震蕩，因此具有較高的穩(wěn)定性，這使它可以承受較大的比載荷。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)安裝工藝要求較高。軸承間隙、軸承緊力、安裝偏斜、底座墊片厚度、瓦塊與軸承座球面之間清潔度等都會(huì)影響可傾瓦的自位能力。如果軸承自位能力較差，軸承載荷就不能均勻的分布在整個(gè)瓦面上，在設(shè)計(jì)比載荷較大的情況下很容易引起軸瓦局部載荷過(guò)大，油膜厚度降低導(dǎo)致瓦溫升高。極端情況下甚至需要軸頸與軸瓦的直接碰撞摩擦才能自動(dòng)調(diào)整定位。位置調(diào)整后軸瓦恢復(fù)正常，軸瓦溫度會(huì)有所下降。當(dāng)軸瓦再次回到自位能力較差的位置后需要軸瓦與軸頸再次碰撞摩擦。每次碰撞過(guò)程中軸瓦都會(huì)有輕微磨損，這樣就會(huì)導(dǎo)致軸瓦從外端逐步向內(nèi)磨損，同時(shí)軸瓦溫度會(huì)不斷波動(dòng)。這與2#軸瓦溫度變化趨勢(shì)相符，可以認(rèn)為軸瓦自位能力差是導(dǎo)致軸瓦磨損的主要因素。

3 處理及效果

針對(duì)以上分析，進(jìn)行了針對(duì)性的檢查及處理，主要進(jìn)行了軸瓦的修復(fù)、檢查及復(fù)裝。

3.1 軸頸尺寸及油質(zhì)檢查

由于軸頸表面有一定劃痕，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軸頸尺寸進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明，軸頸橢圓度及不柱度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，無(wú)需進(jìn)行處理。油質(zhì)分析結(jié)果表明潤(rùn)滑油中顆粒物含量未超標(biāo)，油質(zhì)合格。

3.2 軸瓦修復(fù)

由于下部軸瓦磨損較為嚴(yán)重，首先對(duì)軸瓦表面進(jìn)行削刮以削除劃痕，同時(shí)根據(jù)測(cè)得的軸頸尺寸加工假軸。軸瓦表面劃痕削除后抱假軸進(jìn)一步削刮，直至軸瓦與假軸之間最小間隙小于0.02mm。修復(fù)完成后現(xiàn)場(chǎng)修刮進(jìn)油楔以便潤(rùn)滑油進(jìn)入。

3.3 軸承復(fù)裝

軸瓦修復(fù)完成后，根據(jù)測(cè)量結(jié)果加工墊塊至所需厚度，并進(jìn)行清理后復(fù)裝軸瓦，以避免混入雜質(zhì)影響軸承自位能力。重新測(cè)量并調(diào)整軸瓦安裝相關(guān)參數(shù)直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)以上方法處理完成后，再次沖轉(zhuǎn)過(guò)程中各軸瓦溫度正常。此次處理效果良好，保證了一號(hào)機(jī)組的順利商運(yùn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著汽輪機(jī)功率越來(lái)越大，對(duì)軸承穩(wěn)定性及承載力的要求越來(lái)越高，可傾瓦的使用也越來(lái)越多。可傾瓦在安裝過(guò)程中一定要注意安裝工藝，必須保證各參數(shù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；油系統(tǒng)啟動(dòng)前必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底沖洗；同時(shí)必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)油質(zhì)，避免軸瓦的磨損。

[1]哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司責(zé)任公司，HN650-6.41型汽輪機(jī)主機(jī)說(shuō)明書(shū)，2012.

[2]中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)，火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)(第二卷 汽輪機(jī))[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3]黃祥君，鄭華兵，蘇志剛 核電汽輪機(jī)軸承溫度偏高原因分析及處理措施.熱力發(fā)電，2013.