汽輪發電機組沖轉過程可傾瓦軸承燒瓦故障的診斷及解決

王平波，王均為，肖麗崢，王瑞民，周立

（華電湖北襄陽發電有限公司，湖北 襄陽 441000）

汽輪機作為發電系統的重要組成部分，其故障率的減少對于整個機組有著重要的意義。由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現，嚴重影響了發電機組的正常運行。汽輪機軸瓦溫度異常是較為復雜的一種故障。由于軸瓦溫度受多方面影響，如軸瓦結構、油溫、油量、振動、油質等。因此針對汽輪機軸瓦溫度異常原因的監測、分析等顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。

1 汽輪機組簡介

某電廠2#機組為哈汽的CN300-16．7/537/537型汽輪機是亞臨界凝汽式供熱機組，具有一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、單抽供熱形式。汽輪機本體部分分為高中壓缸和低壓缸2部分。高中壓缸由合金鋼鑄造，采用雙層缸結構，通流結構介于反動式與沖動式透平之間，級數少，效率高。主蒸汽及再熱蒸汽進汽部分集中在高中壓缸中部，是整個機組工作溫度最高的部位。1#至6#瓦均為可傾瓦。

2 經過

機組在2014年4月15日停機檢修修，檢修工作從2014年4月27日開始至5月29日全部結束。6月6日，啟機沖轉，6月17日，因4#瓦瓦溫突然升高，遂停機處理，一并處理1#瓦的振動問題（主要為動平衡，后通過現場動平衡得以解決）。為處理汽輪機故障，電廠組織檢修方、制造方（哈汽）、當地電科院、TDM廠商，多方匯審。

2.1 第二次啟機

在瓦溫高停機后，電廠運行檢查發現4#軸瓦的頂軸油線泄漏，所以，各方一致認為修復油線，瓦溫問題即可解決。維修過程中是否更換4#軸瓦，主要根據4#瓦是否損傷嚴重。根據檢修部門的經驗，如果軸瓦損傷不嚴重，可以簡單刮研修復（主要是頂軸油槽部位）繼續使用。制造廠方認為：如果軸瓦的標高不合理的情況下（如過高，造成4#瓦過載的情況），也將造成溫度過高。但這要有較精密的測量后，才能下這樣的結論。事后分析：當時制造廠認為該機組為2007年建成并投入運營2009年大修，在那次大修中發現，4#瓦軸頸位置出現較嚴重的磨痕。但實際情況是標高合適與否對于機組長時間運行是有好處的，但對機組啟機過程中的燒瓦不會起決定性作用。

最終是先修復4#軸瓦頂軸油線；在4#軸瓦翻出后，檢修部門根據自己的經驗，只對軸瓦進行了刮研修復，未做更換，廠家持保留意見。

在處理過程中看到了4#瓦軸頸處的劃痕比較嚴重（如圖1、圖2）。

圖2 磨痕放大

為了更好的幫助現場診斷，6月21日電廠決定臨時為2#機安裝了一臺BCT101在線監測系統。

在6月21日對各軸瓦的頂軸抬起試驗，4#瓦抬起6道，其它各瓦也相對正常。6月22日上午進行啟機沖轉。啟機過程中，從在線監測系統BCT101上顯示4#軸承在啟動過程中不僅沒有頂起（該項監測功能為該型號TDM的專利技術），反而是逐漸下降的趨勢（見表1）。盡管在監測系統的主畫面（見圖3）顯示了該軸承依然嚴重異常狀態，但電廠依然繼續沖轉（因為電網已經排好了調度，如果晚啟機對電廠造成較大的經濟損失），終于在1000轉/min左右時，4#軸瓦溫度在短時間內快速升高達到170度。至此打閘停機，沖轉失敗。

表1 啟機過程中汽輪機軸承軸心相對軸徑距離參數

圖3 在線監測主畫面可以看到4#軸徑軸瓦示意圖紅色報警

停機后電廠依據在線監測系統BCT101的數據，討，為什么轉子沒有抬起來反而逐漸下降，以及下一步如何進行，并達成如下意見。

（1）從瓦溫等現象看，軸瓦應該磨損了（實際也確實如此，見圖4、圖5兩下瓦進油孔磨損情況），換瓦將是首要的任務。如何在最短的時間換瓦，成為一個議題。最后通過在不結聯軸器的情況下，測量比較新舊軸瓦的尺寸等手段在較短的時間完成這項工作。為了對油溫有利，軸瓦緊力由原來的8道降為2道。

從過后看，哈汽廠家提出的更換軸瓦是必要的，作為可傾瓦，刮研本身就是不合適的。另外，4#瓦軸頸處的劃痕比較嚴重也不適合用舊瓦（這也是與檢修部門以前遇到的情況不一樣，以前檢修部門刮研的軸瓦軸頸劃痕很輕）。

（2）根據在線監測數據等，又提出4#瓦的載荷不合理，要降低4#瓦的標高。降多少成為又一議題。

圖4 損傷的可傾瓦瓦塊

圖5 損傷的可傾瓦瓦塊

根據軸瓦油膜厚度、4#瓦的特點、當前數據等，最終認為，要降10道左右為好。之所以要調整4#瓦標高，另一主要原因是因為在2009年大修時已經出現過燒瓦的現象，只是沒往標高的方面去想。現在看從2007年建廠到2014年，7年時間更換兩付瓦，本身就是不正常的。應該對4#瓦的載荷重新計算，再確定4#瓦的標高，同時，還應兼顧考慮3#、5#瓦的載荷、標高等。但考慮到不結聯軸器及軸瓦油檔的限制等實際因素，維修結束最后實測降標高為3道。

（3）查找頂軸油油路，檢查中未見之前油路出現的問題。

2.2 第三次啟機

6月23日晚第三次啟機沖轉，為了防止出現上次啟機時傷瓦事情的發生，本次啟機以在線監測系統BCT101的軸頸在軸瓦中直觀的可視圖為主要依據，在升速的過程中，如果軸頸抬高不理想，不等溫度上升，馬上停止沖轉，杜絕出現損傷新瓦的發生。

本次啟機沖轉非常順利，從監測系統上可以看到4瓦油膜生成的非常合理（如圖6），在900轉/分時在BCT101的顯示中就已經變成了綠色正常狀態，運行非常從容的升速度到3000轉/分。

圖6 第三次啟機過程中監測系統主畫面（4#軸瓦示意圖一直為綠色良好狀態）

至此，汽輪機4#軸瓦瓦溫異常問題得以解決。

3 分析

該案例屬于汽輪機低速狀態下軸瓦烏金溫度高和碾壓損壞。翻瓦檢查會發現烏金嚴重碾壓、磨損，碾壓的烏金薄片堆積在油槽或油隙處。機理主要為烏金由于溫度升高而軟化，進而造成的碾壓損傷。引起低速下烏金溫度過高的原因，是軸徑與軸瓦之間不能有效地形成油膜，造成半干摩擦，而軸徑在低速下不能形成有效油膜的原因是多種多樣的。本例中主要是因為：第一次是油管泄漏，頂軸油壓不足；第二次是劃傷較重的軸徑與舊軸瓦間的配合出現較大問題，盡管整體間隙在檢修標準下。

在線監測系統BCT101在軸徑和軸瓦的相對位置的監測功能，有很強的現場實際價值。目前單純依靠振幅進行監測，依靠振動分析判斷故障對于電廠的非振動監測人員來講還是很抽象的。當前市面上的TDM由于只考慮電渦流傳感器的交流分量（振幅），沒有考慮直流分量（間隙電壓），也是不可靠的。BCT101監測系統就是應用渦流傳感器的直流分量，對軸徑到渦流探頭間的距離測量，結合汽輪機軸瓦的特點，計算出軸徑相對軸瓦的位置及油膜厚度，并給出了報警限值。這一專利技術的應用，較好的解決了這方面的監測問題，為電廠提供實用的監測工具。

4 結語

針對汽輪機在啟動或停機過程中，可傾瓦軸承溫度異常升高出現低速碾瓦的特點和原因進行分析。通過軸承間隙的監測，可以準確獲得沖轉過程中軸徑在軸瓦中的位置和油膜厚度。油膜厚度異常一般發生在軸瓦溫度異常之前，一旦軸瓦溫度異常就意味著軸瓦出現了損傷，所以通過監測軸徑位置和油膜厚度，對徹底解決了汽輪機低速碾瓦的故障，取得了明顯的效果。

[1]施維新,石靜波．汽輪發電機組振動及事故[M], 2017年6月第三版．

[2]北京必可測科技股份有限公司．BCT101在線監測系統系統說明書．