610 MW機組低速碾瓦分析與頂軸油系統改造

張 慶

(上海電氣電站工程公司, 上海 201199)

0 引 言

伊拉克某電廠安裝兩臺610 MW機組(標號為#5、#6機組)，配套上海汽輪機有限公司制造生產的亞臨界、中間一次再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機，型號為N610-16.7/538/538。汽輪機軸系共設有1只推力軸承和9只徑向軸承,#1、#2軸承為高壓缸前、后軸承，#3、#4軸承為#1低壓缸前、后軸承，#5、#6軸承為#2低壓缸前、后軸承，#7、#8軸承為發電機前、后軸承，#9軸承為集電環軸承。 其中#3—#8軸承處設有頂軸裝置，#1、#2未設置頂軸裝置。

1 事故過程及檢查情況

事故當日上午05∶20，由于伊拉克外網頻率高，致使#5機組汽包水位波動跳機，重新沖轉時，瓦溫驟升，轉速在720 r/min，瓦溫最高至174.42 ℃，懷疑#2軸瓦磨損，值班人員打開主油箱回油濾網檢查發現存在大量鎢金殘屑。根據#2軸瓦溫度驟升的曲線趨勢和油箱回油濾網的鎢金碎屑判斷，#2軸瓦已經嚴重磨損，需要更換瓦塊。

拆除#2軸承調端和勵端油擋及浮動油環檢查，未見磨損痕跡；吊出#2軸承上半軸瓦，發現一定量鎢金堆積在軸瓦中分面和軸頸之間，并已硬化成塊狀，如圖1所示，上半軸瓦上有幾處鎢金熔于瓦塊，轉子表面未見深度刮痕和凹槽，軸頸比較均勻細膩；通過對上半軸瓦著色檢查，修刮局部多余鎢金，判斷上半軸瓦未有鎢金磨損，未見軸瓦損傷，可不更換上半軸瓦可傾瓦塊，做著色檢查；翻出#2軸承下半軸瓦，發現下半軸瓦鎢金明顯磨損，仍有殘余粘附，但磨損比較均勻，無大塊鎢金和明顯刮痕，如圖2所示，判斷下半軸瓦磨損嚴重，需更換新可傾瓦塊。綜上所述，可判斷#2軸承磨損原因并非油中含雜質所致。

圖1 #2軸瓦軸頸處少量鎢金碎屑

圖2 #2軸承下半軸瓦磨損圖

2 原因分析

根據設備運行記錄顯示，該電廠#5、#6機組汽輪機在運行的5年期間已多次出現#1軸瓦、#2軸瓦碾瓦事故，發生碾瓦時均是在惰走及啟機過程的低速運行情況下發生。僅僅采取更換損壞軸瓦的方式無法徹底解決問題，相關資料顯示：某同類型機組曾4次發生1號瓦油膜失穩低速碾瓦的事故，故障的現象均出現在停機后的低轉速憜走時，油系統工作正常，#1軸瓦的金屬溫度即刻上升為150 ℃左右，后續揭瓦檢查發現上、下半烏金都出現碾瓦的現象(下半嚴重)，隨后分析故障原因為軸承在低轉速情況下的油膜失穩導致低速碾瓦[1-2]。由此判斷該廠#2軸瓦故障與之類似。由于軸系安裝情況(揚度、敏感度)不完全一樣，機組動靜間隙不一樣，機組運行一段時間后基礎沉降不一致等原因，也會出現上述現象[3]，但并不是所有同類項目、每臺機組都會出現上述現象，它即有隨機性又有重復性且造成的危害也比較大，因此對這種低轉速情況下油膜失穩導致低速碾瓦的現象必須采取有效措施解決。

3 解決方案

3.1 改造措施

針對伊拉克電網不穩定，易出現由外網原因造成的高頻跳機情況，為了避免汽輪機啟機和停機時彎曲機率發生，經研究分析，決定對現有#1、#2軸軸瓦進行改造，增加頂軸油系統，具體改造方案如下。

更換#1、#2軸承，軸承下半瓦塊增設頂軸結構，在下半兩個瓦塊上設計合適的頂軸油囊，并在瓦塊上設計加工頂軸油流道并增加頂軸油接管，改造后的軸承如圖3、圖4所示。可傾瓦軸承增加頂軸，需要在位于下方的兩塊瓦上各增加頂軸油孔及相應的靜壓油囊，油囊用于汽輪機在盤車裝置投運過程中或者是機組停機時轉子惰走過程中的油膜形成，從而降低軸瓦和軸頸產生摩擦從而造成損壞的可能，頂軸油孔的結構如圖5所示。此外增加相應的頂軸油管路、逆止閥、截止閥和壓力表等，并校核頂軸油泵的流量。

圖3 #1軸承改造后示意圖

圖4 #2軸承改造后示意圖

圖5 頂軸油孔的結構

高中壓軸承增加頂軸油后，低轉速時可以減小轉子與軸承之間的摩擦，對軸承和轉子起保護作用,降低機組盤車時的啟動轉矩，使盤車更加容易；此外，可通過新增的壓力表觀察運行時軸承的油膜壓力，方便在線監測軸承工作狀態[4-5]。#1、#2軸承在增加頂軸油系統以后，可以利用頂軸油泵將壓力油注入支撐面，在低速過程中強迫摩擦界面形成油膜，阻隔轉子與軸承，進而降低吸附膜的荷載，確保軸承安全運行，從而達到防止低速碾瓦問題的發生。

3.2 注意事項

(1)可傾瓦軸承的低速碾瓦問題多是由于在軸承負荷分配過程中出現。通過對機組頂軸油系統進行改造，#1、#2軸承抬軸量增加的同時，#3-#8軸承的負荷也會相應進行調整，所以需要關注各軸承的運行效果。

(2)運行中及停機前應關注各軸承壓力的數值，在可能出現油膜破壞的表象時，應提前制定并采取調整軸承頂軸油壓力、荷載分配等可行措施，一定程度上降低磨瓦的可能性。

(3)#2軸瓦瓦殼與瓦塊之間的頂軸油連接管原設計為普通不銹鋼管鋼性連接，建議將該頂軸油連接管改為金屬軟管， 以提高其抗震性能。但

金屬軟管也存一定的弊端，使用壽命短，一般為五年左右，需定期更換。

(4)汽輪機停機惰走過程中需要加強對各軸瓦，尤其是#1、#2瓦的金屬溫度下降趨勢跟蹤。如發現相關軸瓦溫度異常升高或下降趨勢出現異常，應及時調整凝汽器真空，盡量縮短惰走時間。

4 結束語

該電廠原#1、#2軸承未設計頂軸油裝置，在運5年時間內#1、#2軸承多次出現碾瓦事故，經分析研究，采取在高中壓軸承增加頂軸油的措施。通過頂軸油系統改造，可以有效地抬高高中壓缸軸瓦在低速運行時的轉子高度，優化軸系數據，降低低速碾瓦的風險，提高機組運行安全性；在一定程度下降低了頂軸油系統振動大的問題，提高了頂軸油系統設備、零部件的使用壽命，減小了日常維護工作量。