ALSTOM百萬級半速汽輪機推力軸承瓦溫異常分析

李祥奎，羅賢龍，付 晴，蔡 熹

（福建福清核電有限公司維修二處，福建福清 350318）

0 引言

汽輪機推力軸承是保證汽輪機安全運行的重要部件，主要是承擔蒸汽作用在轉子上的軸向推力，并定位轉子的軸向位置，使轉子與靜止部分保持一定的軸向間隙。由于汽輪機通流部分的狀態、隔板等汽封間隙大小變化，使軸承上的軸向推力可能產生很大的變化。一旦軸向推力過大，推力瓦塊溫度將升高，使瓦塊上的烏金磨損燒壞，轉子發生超出限值的軸向位移，導致汽輪機通流部分發生動靜摩擦、磨損等事故。

某電廠4#機組為HNE089-6.43/280/269-H 型ALSTOM 百萬級半速汽輪機，為單軸、三缸、四排汽、沖動凝汽式汽輪機，該發電機組共有8 個支持軸承，1 個推力軸承，推力軸承位于高中壓缸電端的中壓軸承箱內。該機組2017 年汽輪機調試沖轉期間，汽輪機轉速達到1500 r/min 時，推力軸承軸向力作用于反向推力瓦，但是正向推力瓦溫最高達到了70.0 ℃，明顯高于反向推力瓦溫度（58.7 ℃），也高于同類其他機組沖轉。根據經驗值，判定有異常，影響機組后續安全可靠運行。

1 推力軸承瓦溫異常原因分析

1.1 推力軸承結構

推力軸承由推力軸承瓦體、正向推力瓦塊、反向推力瓦塊、正向及反向彈性墊環、進出油道（箭頭標識的為潤滑油的流向）、與轉子相連的推力盤組成，主要作用是平衡機組運行期間的軸向推力[1]。汽輪機的推力軸承安裝在中壓軸承箱內，機組正常功率運行時高壓蒸汽對轉子的推力指向機組發電機端，因此正向推力瓦塊受力。在正向推力瓦和反向推力瓦上各安裝2 個測量探頭檢測瓦溫，正向推力瓦測溫探頭為GGR341/343MT，反向推力瓦測溫探頭為GGR340/342MT。

1.2 正向推力瓦塊溫度異常現象描述

2017 年4 月，該電廠4#機組汽輪機安裝結束后進行首次蒸汽沖轉，當至1500 r/min 狀態，正向推力瓦溫度明顯高于反向推力瓦溫度，最大溫差約12 ℃。技術文件要求推力間隙為0.20～0.30 mm，安裝竣工文件記錄該安裝推力間隙為0.23 mm、沖轉趨勢軸向位移為-0.21 mm，判斷轉子推力盤位置此時靠近反向推力瓦，轉子推力盤與正向推力瓦間隙大，正向推力瓦溫應該低于反向推力瓦，但DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）畫面顯示正向推力瓦溫高于反向推力瓦。查詢1#～3#機組首次沖轉情況（表1），1#～3#機組正向推力瓦溫度與反向推力瓦溫度接近一致，或正向推力瓦溫低于反向推力瓦溫。判定該電廠4#機組首次沖轉推力瓦溫屬于不正常現象，需分析排查。

表1 1#～4#機組首次沖轉軸向位移與推力瓦溫情況對比

1.3 正向推力瓦塊溫度異常原因分析

根據汽輪機推力軸承機械結構及測溫回路分析，導致正向推力軸承瓦塊溫度異常[2]，可能的原因有：①溫度測量不準確；②進出油回路異常；③推力盤瓢偏不合格；④推力瓦塊受力不均或過大。

2 正向推力瓦塊溫度異常問題排查

2.1 推力瓦溫溫度測量不準確

現場將中壓軸承箱解體，儀控人員對測溫回路進行排查，測溫探頭回路、正向推力瓦與反向推力瓦測溫接線正常。在軸承壓蓋拆卸后發現，有3 根測量探頭存在彎曲（圖1）。由于軸承壓蓋、軸承體、推力瓦均為靜止部件，正常運行中有定位銷固定，排除軸承體相對移動導致的探頭彎曲。根據現場實際情況分析，可能是由于安裝探頭時插入力度大，探頭在壓蓋和軸承體之間約5 cm 高的空間內壓彎。熱偶式測量點在探頭端部，對測溫元件進行檢查標定合格。

根據檢查結果，認為推力軸承溫溫度測量準確不是正向推力軸承瓦溫異常的原因。

2.2 進出油回路異常

圖1 推力瓦溫探頭檢查示意

拆卸檢查前，手動檢查瓦塊能夠自由活動，瓦塊進油口尺寸20.0 mm，符合設計要求。推力軸承進油口浮環電端和汽端安裝方向分別為“┚┖”，出油口浮環安裝方向分別為“┗┛”，安裝方向正確（圖2）。測量進油浮環和在出油浮環間隙，發現出油浮環徑向間隙偏小，能夠在軸頸上自由轉動（表2）。由于軸承徑向排油，出油口在出油浮環外側，浮環與轉子軸頸的間隙值對推力軸承回油影響較小，不存在回油不暢、帶走熱量過少導致正向推力軸承瓦溫異常的現象。

圖2 油浮環

表2 進油浮環和在出油浮環安裝間隙

2.3 推力盤瓢偏不合格

汽輪機高中壓缸轉子推力盤瓢偏，在汽輪機沖轉期間，高速旋轉的轉子對推力軸承瓦塊產生沖擊性載荷，使推力軸承瓦塊局部受熱，造成推力軸承瓦溫異常現象。現場對推力盤瓢偏進行測量，瓢偏均小于0.05 mm，滿足設計要求。

2.4 推力瓦塊受力不均或過大

推力間隙確定時，推軸的力過大將導致彈性環被壓縮，所測得的推力間隙大于實際推力間隙，可能造成運行時瓦溫過高，其他電廠同類機組已有相關經驗反饋。4#機組安裝推力間隙確定時，參考了ALSTOM 最新版推軸程序，排除了彈性墊環變形導致推力間隙偏小和推力過大的可能性。

同時，如果推力軸承瓦塊或彈性墊環的厚度不均，每個瓦塊相對推力盤的平行度不一致，按照汽輪機推軸方案確定的推力間隙將會有誤差，得不到真實的推力間隙會導致推力瓦溫度過高。現場解體后測量，推力瓦塊厚度和對應的彈性墊環的厚度理論厚度差均小于0.02 mm，滿足設計要求。測量推力瓦塊時發現，正向推力瓦上半、反向推力瓦下半有明顯的接觸痕跡，而正向推力瓦下半、反向推力瓦上半無明顯接觸痕跡。同步測量轉子推力盤與推力軸承瓦體之間平行度，平行度最大為0.29 mm（標準0.10 mm）。

根據機組特性，機組軸系完成安裝后各軸瓦揚度為定值，軸瓦結構狀態不變，摩擦力為定值；推力盤與瓦塊之間的平行度偏差為f，則當中分面處瓦塊與推力盤正好達到理論零點時，間隙最小處的彈性環已經產生大小為f 的變形量（圖3）。

圖3 推力軸承受力分析

其中，P 為壓力，F 為瓦塊受力，R 為瓦塊到中分面距離，x為瓦塊變形量，f 為變形量值，N 為瓦塊寬度，M 為瓦塊受力點的長度，h 為瓦塊高度，EN 是對瓦塊受力進行積分。

平行度相差0.01 mm，推力瓦軸向推力的影響為17.36 kN，局部受力過大導致受熱。所以，造成推力軸承瓦溫異常原因是由于推力軸承平行度超差、推力瓦受力不均。

3 推力軸承平行度超標處理方法

3.1 推力軸承平行度調整

綜上所述，排除了溫度測量不準確、進出油回路異常、推力盤瓢偏的因素，確定推力瓦塊受力不均或過大導致推力軸承瓦溫異常。根據推力軸承瓦體結構及推力軸承墊片布置方式，推力軸承瓦體墊片上下對稱，電側與汽側對稱各8 個。通過先調整下半瓦體兩側墊片，按照下半對稱反向增減上半瓦體兩側墊片，增減墊片完成后將下半瓦體翻入（表3）。通過調整推力軸承兩側調整墊片的方式來改變推力軸承瓦體的平行度，復查浮動擋油環活動自由，復測推力軸承平行度最大0.09 mm，滿足要求。

表3 推力軸承調整墊片的調整情況mm

回裝上半瓦體，并通過壓鉛絲方式檢查推力軸承壓蓋與瓦體的配合要求（最大過盈0.028 mm，最大間隙0.153 mm），避免一端出現過盈、另一端出現間隙的情況，推力軸承體變化不均。

3.2 推力軸承平行度調整后瓦溫情況

推力軸承平行度調整結束后，機組功率變化期間對推力瓦溫加強監視，4#機組再次沖轉后，1500 r/min 平臺，推力軸承正向推力瓦溫為63.0 ℃、反向推力瓦溫為61.2 ℃，瓦溫明顯優于非核蒸汽沖轉。機組滿負荷后觀察推力軸承正向推力瓦溫度最大升高至72 ℃，反向推力瓦溫度為58.6 ℃，小于推力瓦報警溫度95 ℃，與同類機組一致。同時，在功率變化期間推力瓦工作面溫度差最大為7 ℃，小于報警溫差20 ℃。各功率平臺期間推力軸承瓦溫情況詳見表4。

表4 功率變化期間推力軸承瓦溫度 ℃

通過調整推力軸承背部調整墊片，在機組沖轉至1500 r/min 時，未出現推力盤貼近反向推力瓦時，正向推力瓦溫度高的異常現象，在0%～100%FP（指示功率）運行期間，推力軸承瓦溫度未見異常，解決了推力軸承瓦溫異常的問題。

4 結論

汽輪機推力軸承是汽輪機安全運行的重要部件，通過對推力軸承解體檢查，排除了溫度測量不準確、進出油回路異常、推力盤瓢偏對推力軸承瓦溫異常的影響，確定推力軸承瓦溫異常是平行度超差，推力瓦塊受力不均導致。通過重新調整推力軸承背部調整墊片的方法解決了推力軸承瓦溫異常的問題，經機組功率試驗證明該方法切實有效，為同類型機組的設計、安裝以及維修人員有借鑒作用。