工業汽輪機固定瓦推力軸承改進及效果研究

劉佳，秦艷娟

（大唐阜新能源化工工程有限公司，遼寧 阜新 1 2 3 0 0 0）

工業汽輪機固定瓦推力軸承改進及效果研究

劉佳，秦艷娟

（大唐阜新能源化工工程有限公司，遼寧 阜新 1 2 3 0 0 0）

工業汽輪機運行中轉子軸向推力由汽輪機推力軸承承擔，同時保證汽輪機通流部分及靜止部件的軸向位置。故此，工業汽輪機安全運行的首要條件就是推力軸承正常運轉。推力瓦塊工作穩定是影響推力軸承工作的主要因素，若機組運行時瓦塊溫度過高將導致運行負荷裕量過小，使瓦塊磨損速度加快，造成潤滑油質老化，甚至可能將瓦塊燒毀，導致汽輪機嚴重損壞。故此，本文對軸瓦塊溫度過高的原因進行了分析，并給出了相應的改進措施。

工業汽輪機；推力軸承；溫度控制；措施

斜—平面組合的扇形固定瓦推力軸承及扇形可傾瓦推力軸承為常用的汽輪機推力軸承（圖1），對比可以發現，工況發生變動時，扇形可傾瓦推力軸承工作狀態優于組合扇形固定瓦推力軸承，但是扇形固定瓦的結構相對簡單，制造及安裝較為容易，各軸向間隙在運行過程中保持更為良好，承載能力高于同尺寸球鉸支承的可傾瓦軸承1 0%～1 7%左右。

故此，在中小型設備中使用非常廣泛，具有成本低廉、尺寸小、精度高、可靠性良好、運行壽命長的優點。

圖1

1 設備基本情況及推力軸承存在的不足

某工業汽輪機為單缸沖動冷凝式汽輪機，軸承是固定瓦推力軸承，浸入式進油方式，由推力軸承與前徑向軸承構成聯合軸承。轉子與推力盤為一體加工制成，汽輪機轉子及氣缸間相對死點位于推力盤，推力軸承工作面與非工作面鎢金位置均設超溫報警顯示裝置，調整推力瓦及前軸承瓦座之間墊片厚度，能夠達到轉子、噴嘴及各級隔板間軸向間隙的要求。

斜—平面組合的扇形推力軸承斜面具有相應的傾斜角，因上部間隙小于底部斜面間隙，減少運行過程中外側邊緣甩出的油量，同時將油膜的剛度提升。設計更改后，能夠在運行中表現良好。

6 3 0 MW為某機組最大負荷，也就是5 0 k N為最大推力的情況之下，8 8℃為推力瓦最高點溫度；當額定負荷為6 0 0 MW，推力為4 0 k N的情況時，推力瓦最高溫度點依舊在8 0℃以上。

巴士合金應用于推力瓦鎢金面，1 5 0～1 6 0℃為理論上鎢—錫合金最高許用溫度，1 2 0℃為瓦塊最高許用溫度。但在實際應用過程中，許用溫度通常會比理論值下降2 0%，故此，只能9 5℃以下的工況中運行。若瓦塊長期處于8 5℃的工況之中，將導致潤滑油老化及變質的速度加快。對油質及軸承材質進行綜合考量，一般將7 5℃設置為潤滑油報警值，8 5℃為停機值。

2 軸瓦溫度偏高的原因

2.1 軸向推動力過大

在蒸汽作用下，多級軸流式氣流影響，即在運行過程中轉子呈現由高壓端向低壓端移動的狀態，故此，軸向推動力產生。因機組常常超負荷運轉，可達到額定最值，故此，軸向推力偏大，沖轉式汽輪機軸向推力長期保持在4 0～6 0 k N。為達到軸向力平衡的目的，除通過推力軸承進行平衡外，還有轉子對軸向推力的平衡作用。此機組使用齒形軸封，若葉根處漏汽，那么隔板軸封漏汽流量則小于通過葉輪平衡孔蒸汽流量；若檢查不徹底，達不到相應要求，那么軸封間隙超標，油封漏汽量上升，引起軸向推力過大，從而造成推力瓦溫度偏高。

2.2 推力瓦余量不足

單缸沖動冷凝式汽輪機推力瓦是固定式，5 2 k N為軸向推力，設置1 0塊扇形瓦塊于軸上，進油方式為浸入式。瓦塊設有楔形角度，使推力盤與瓦塊工作面形成楔形空隙，推力盤轉動使潤滑油發生移動，潤滑油從寬口流向窄口，因進口流量大于出口流量，在楔形空間內潤滑油受到擠壓，壓力呈上升趨勢，當上升至足以平衡轉子軸向推力的時候，瓦塊與推力盤工作面產生油膜，形成油膜液體摩擦。

當推力及負荷超標時，推力盤擠壓加大，在進油量不變的前提下，形成油膜厚度變小，回油口也不變時，瓦塊楔形間隙內一部分潤滑油從瓦塊出口側排出，一部分則與環形腔室潤滑油混合，一同進入后續瓦塊楔形間隙。因潤滑油的循環，提高了環形腔室的油溫，冷卻效果不理想。若軸瓦安裝存在較大偏差，也將導致某些瓦塊油膜厚度變小，其它瓦塊油膜厚度相應上升，造成推力瓦工作溫度持續偏高。

2.3 潤滑油供油不足

若供油油量分配不當或是管道堵塞都將造成潤滑油不能充分利用或是油量減少，推力瓦產生的熱量不能全部帶走，造成瓦溫上升。故此，需及時檢查推力瓦進、回油管，防止管道異物堵塞管道，造成推力瓦供油不足。

3 處理方法

3.1 油質及管道的檢查

因潤滑油管道銹蝕殘渣、各種零件老化、汽輪機油封漏汽等產生的雜質，均對潤滑油質量產生不利影響，故此，需定期對潤滑油進行過濾，并對油質的情況進行及時的檢查。潤滑油在靜止的情況下，水分及雜質等會沉積在潤滑油油箱底部，故此，將油箱排凈后，對油箱進行清理能夠有效清除潤滑油中的雜質。

為了能夠將油箱中的水分及雜質徹底清除，在檢修時，排空汽輪機油箱的油，箱底會沉積大量粘稠物質以及老化脫落的零件碎片等。將各處雜質及鐵銹清除后，通過干凈的面團將油箱及軸承箱內部徹底清理。更換汽機潤滑油，抽出原有潤滑油，加入儲油箱，經過嚴格過濾后，作為備用油使用。

3.2 改進措施

因所需油量為每分鐘1 5 0 L，供給油量為每分鐘2 0 0 L，而推力瓦工作面推力遠大于非工作面推力，所需油量不多，故此，可將非工作面進油口直徑縮小，如此推力瓦進油量獲得提升，滿足非工作面供油量；軸承運行之初，推力盤與瓦塊間潤滑膜還未形成，為了滿足啟動性能，支撐平臺建議值可設定為7 mm，固定瓦推力軸承啟動比壓為0.7 MP a；理論上瓦塊最高承受平均比壓最值可達7 MP a，但是為防止軸承溫度過熱，最大瞬時比壓應小于或等于4 MP a，支撐平臺的性能得到滿足，而且支撐面較大將導致油膜厚度下降，故此，不需進行更改；為了降低瓦塊出口側流出的潤滑油同環形腔室內的潤滑油混合量，可對回油槽進行拓寬，以此提升潤滑油循環。

4 效果分析

憑借上述改進措施，機組的運行狀態得到了顯著的提升，在機組最大運行負荷達到6 3 0 MW時，最大軸向推力為5 0 k N，并且推力瓦溫度最大值不會超過7 0℃，在機組運轉負荷是6 0 0 MW時，所產生的軸向推力為4 0 k N，推力瓦溫度最大值僅為6 5℃，完全可以保障機組運行的安全穩定。

5 結語

非工作面推力瓦用油量小于工作面推力瓦用油量，故此，總油量不變的前提下，按1:2設置進油量，能夠對整體機組用油量形成保護，提升經濟性及合理性；機組啟動之初，潤滑油膜尚未形成，為了對推力瓦及啟動性能進行保護，推力瓦應具有相應的支撐，推力瓦各瓦塊長度決定其寬度，并且支撐長度不可過長。

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