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        660 MW 汽輪機(jī)組軸瓦溫度異常的分析與處理

        2014-11-22 02:08:38陳華桂秦惠敏戴興干
        電力工程技術(shù) 2014年2期

        陳華桂,秦惠敏,戴興干

        (江蘇方天電力技術(shù)有限公司,江蘇南京 211102)

        某電廠一期工程安裝了2 臺660 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組,汽機(jī)型號為N660-25/600/600,是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)型號為QFSN-660-2,是上海汽輪發(fā)電機(jī)廠制造的水—氫—氫冷卻三相同步汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪機(jī)4個轉(zhuǎn)子分別由5 只徑向軸承來支承。除高壓轉(zhuǎn)子由2個徑向軸承支承外,其余3個轉(zhuǎn)子,即中壓轉(zhuǎn)子和2個低壓轉(zhuǎn)子均只有1 只徑向軸承支承。5個軸承均采用橢圓瓦,分別坐落在5個軸承座內(nèi)。2 號軸承座位于高壓缸和中壓缸之間,在2 號軸承座內(nèi)裝有徑向推力聯(lián)合軸承,整個軸系是以此為死點向兩頭膨脹。

        1 瓦溫異常情況

        機(jī)組軸系支承簡圖如圖1 所示。

        圖1 機(jī)組軸系支承簡圖

        該型機(jī)組1 號徑向軸承由上半和下半殼體、支撐墊塊和定位鍵等組成。軸承殼體內(nèi)側(cè)設(shè)有巴氏合金,通過圓錐銷和螺栓聯(lián)結(jié)在一起。軸承金屬測溫元件采用熱電偶。軸承安裝在球形座上,這種球面結(jié)合,使得軸瓦能按轉(zhuǎn)子的撓度和傾斜程度自動調(diào)整定位,使軸頸與軸瓦處在較好潤滑狀態(tài)下工作[1]。

        2 號機(jī)組自2012年2 月9 日并網(wǎng)運行以來,在供油母管潤滑油溫度維持在42~46℃的情況下,1號軸承下瓦3個金屬溫度測點隨著機(jī)組運行時間的推移逐步升高,瓦溫最高值由最初的72℃上升至104℃,并且下瓦金屬溫度隨著機(jī)組負(fù)荷的變化出現(xiàn)波動,升負(fù)荷時下瓦金屬溫度降低,降負(fù)荷時下瓦金屬溫度升高,趨勢如圖2 所示。到3 月下旬,機(jī)組負(fù)荷660 MW時下瓦溫度高點為77℃,機(jī)組負(fù)荷330 MW時下瓦溫度高點為104℃,溫度變化幅度已達(dá)27℃,且每次機(jī)組負(fù)荷降至330 MW 運行時,1 號軸承下瓦大多會出現(xiàn)了一次瓦溫飆升后的回落,如圖3 所示,后期越來越頻繁。與此同時,1 號軸承處的轉(zhuǎn)軸振動隨著機(jī)組負(fù)荷的變化也有小幅波動,波動幅度在15 μm 左右,機(jī)組高負(fù)荷時振動大,低負(fù)荷時振動小。3 月21 日凌晨,2號機(jī)組降負(fù)荷至330 MW 左右運行時,1 號軸承下瓦金屬溫度產(chǎn)生突變,飆升至107℃,之后又出現(xiàn)溫度回落現(xiàn)象,同時出現(xiàn)振幅波動。按設(shè)計文件要求,該機(jī)組軸承金屬溫度高報警值整定在107℃,保護(hù)動作跳閘值設(shè)定在113℃。下瓦金屬溫度過高已嚴(yán)重危及到機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。

        圖2 1 號軸承下瓦溫度與負(fù)荷趨勢

        圖3 1 號下瓦溫度與機(jī)組負(fù)荷趨勢(24 h)

        2 初步分析

        機(jī)組運行過程中出現(xiàn)軸瓦金屬溫度異常,首先應(yīng)檢查測溫元件是否損壞、溫度測量極性是否裝反、溫度測量補償方法或標(biāo)準(zhǔn)是否正確、溫度補償系統(tǒng)是否受到外界嚴(yán)重干擾等,確認(rèn)軸承溫度異常的真實性。經(jīng)過檢查核實,溫度測量系統(tǒng)正常,軸瓦金屬溫度測量值反映軸瓦的實際狀況。排除了因熱工測量系統(tǒng)異常而引起的軸瓦金屬溫度虛假升高和波動。根據(jù)軸承理論,引起橢圓瓦金屬溫度高的原因可能有軸瓦質(zhì)量不良、潤滑油影響、軸承載荷過大、軸瓦球面自動調(diào)整能力差等[2],下面逐一加以分析。

        (1)軸承鎢金澆鑄質(zhì)量不良。若軸承烏金澆鑄質(zhì)量不良,結(jié)合不佳,存在脫胎現(xiàn)象。當(dāng)承受動載荷或溫度變化時,結(jié)合不牢,脫胎現(xiàn)象將進(jìn)一步加劇。僅由軸瓦質(zhì)量不良所引起的軸承金屬溫度高,其軸瓦溫度趨勢通常是逐漸上升,而不會出現(xiàn)較大幅度的波動。據(jù)此推斷軸承烏金澆注質(zhì)量不良不是造成2 號機(jī)組1 號軸承下瓦金屬溫度異常的主要原因。

        (2)潤滑油的影響。潤滑油溫度過高或過低、潤滑油黏度不合格、油流量過大或過小、回油不暢、潤滑油斷油、油質(zhì)不良或油質(zhì)惡化、潤滑油壓力過低或過高、油流中或軸承內(nèi)存在氣體或雜物、頂軸油管逆止閥不嚴(yán)油膜壓力下降等,都可使軸承溫度升高。軸瓦進(jìn)油溫度高使得高溫的潤滑油不能將軸承運行過程中產(chǎn)生的熱量及時帶走,引起軸瓦溫度升高。但該機(jī)組正常運行時供油溫度基本穩(wěn)定在42~46℃,可以排除潤滑油溫的影響。若潤滑油中含有雜質(zhì),瓦塊易被刮傷,尤其是大容量機(jī)組,其軸頸尺寸加粗,軸頸表面線速度增大,同時轉(zhuǎn)子重量大、油膜薄,不僅在潤滑油壓力偏低時軸頸易與軸瓦間發(fā)生摩擦,而且軸頸更易受油中微小顆粒的損傷[3]。瓦塊刮傷會造成軸瓦金屬溫度高,這在新建成投產(chǎn)的機(jī)組中較為常見,但2 號機(jī)組1 號軸承瓦溫頻繁出現(xiàn)飆升,這種不斷出現(xiàn)雜質(zhì)的可能性不大。潤滑油流量的影響,主要是機(jī)組運行過程中,由于潤滑油供油系統(tǒng)故障,如主油泵故障、油系統(tǒng)泄漏、逆止閥不嚴(yán)密,引起潤滑油供油壓力降低,各軸承進(jìn)油流量大幅減少。出現(xiàn)這一情況往往是機(jī)組所有軸瓦溫度均會有一定幅度升高。而不僅僅是某一軸瓦溫度升高。因潤滑油異常引起的軸承溫度高也可以排除。

        (3)軸承載荷的影響。轉(zhuǎn)子中心偏差、軸承座溫度和揚度變化、軸振動過大、轉(zhuǎn)子受到向下的力過大、轉(zhuǎn)速超過允許值、軸封漏汽引起軸承座標(biāo)高發(fā)生變化等,都可能產(chǎn)生軸承載荷分配不均,引起軸承載荷過大[4],軸瓦溫度升高。尤其是受汽輪機(jī)進(jìn)汽蒸汽附加力的影響,在機(jī)組負(fù)荷頻繁變動時,這一溫度變化往往呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。2 號機(jī)組1 號軸承下瓦溫度與負(fù)荷負(fù)相關(guān)、上瓦溫度與負(fù)荷正相關(guān),與該廠同型號的1 號機(jī)組1 號軸瓦溫度變化呈現(xiàn)出相同的規(guī)律性,盡管該型號汽輪機(jī)是兩側(cè)對稱進(jìn)汽,但在實際運行中,汽流對轉(zhuǎn)子的附加作用力是隨負(fù)荷變化的,高負(fù)荷時汽流對轉(zhuǎn)子向下附加作用力減小、低負(fù)荷時向下附加作用力增大。高負(fù)荷時轉(zhuǎn)軸中心上浮,軸承負(fù)載減輕,下瓦溫度降低、上瓦溫度升高、工頻振幅變大;低負(fù)荷時轉(zhuǎn)軸中心下移,軸承負(fù)載變重,下瓦溫度升高、上瓦溫度降低、工頻振幅變小。但同型號的1 號機(jī)組負(fù)荷變化時,1 號瓦溫變化約有5℃。據(jù)此判斷軸承載荷變化不是造成2 號機(jī)組1 號軸承下瓦金屬溫度異常的主要原因。

        (4)軸承球面自動調(diào)整能力。軸承間隙過小或過大、軸承緊力過大、軸承安裝偏斜、軸承底座墊片增加的過多、軸承與軸頸揚度不一致,軸承瓦塊與軸承座球面之間有雜質(zhì)等,都可能使軸承球面自動調(diào)整定位能力變差。軸承載荷不能均布在整個瓦面,造成局部載荷過高,油膜過薄,從而引起軸瓦金屬溫度高,情況嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)瓦塊局部磨損。瓦塊自位能力變差后,需要更大的作用力瓦塊才能自位。瓦溫飆升,表明該過程油膜急劇變薄,同時油膜內(nèi)壓力也在急劇升高。情況嚴(yán)重時瓦塊和軸頸甚至需要碰摩接觸后才能自動調(diào)整定位,位置調(diào)整后瓦塊便工作正常,瓦溫下降。每次接觸都會有輕微磨損,最早開始磨損的部位在外端,逐步向瓦內(nèi)磨損。這一過程中,瓦溫測點對應(yīng)的油膜厚度越來越薄,瓦溫監(jiān)測到的溫度數(shù)值越來越高。隨著機(jī)組負(fù)荷的變化,軸瓦在相同的負(fù)荷變化條件下對應(yīng)的溫度變化也隨之變大。這與2 號機(jī)組1 號軸承表現(xiàn)出的異常狀況基本一致,由此推斷軸承球面自動調(diào)整能力差是引發(fā)1 號軸承金屬溫度異常的主要因素。

        (5)軸心位置的變化。2 號機(jī)組運行一個多月以來,2 號軸瓦間隙電壓基本無變化。1 號和2 號軸瓦間隙電壓具體變化數(shù)值如表1 所示。

        表1 1 號和2 號軸瓦間隙電壓值對比 V

        對比1 號軸承1X 及1Y的間隙電壓發(fā)現(xiàn),自2012年2 月10 日以來,1 號軸承轉(zhuǎn)軸中心位置累計向下移動130 μm,向左移動160 μm,從調(diào)速器端向發(fā)電機(jī)端看,轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)軸中心正常工作位置在軸瓦中心的左下方[2],忽略油膜厚度的變化,軸心是不可能再向左下移動,但實際軸心軌跡表明,2 號機(jī)組從2月9 日并網(wǎng)發(fā)電以來,轉(zhuǎn)軸中心逐步在向左下方移動,亦即下瓦塊在逐步退讓,據(jù)此推斷,1 瓦很可能因瓦塊自位能力不足而逐步磨損。

        3 停運檢查分析

        3.1 停運檢查

        2012年4 月7 日,2 號機(jī)組停運后,對1 號軸承進(jìn)行揭瓦檢查,1 號軸承下瓦烏金磨損情況如圖4 所示。

        圖4 1 號軸承下瓦

        從瓦胎看內(nèi)側(cè)1/4 胎面有汽蝕點,說明這部分胎面承載過輕,沒正常參與工作;另3/4 胎面有磨痕,說明這部份承載過重。1 號軸瓦下瓦磨損狀態(tài)與停機(jī)前的分析推測相吻合。從外觀看瓦塊屬于輕微受損,不存在脫胎現(xiàn)象。擦洗后的1 號軸承瓦枕情況如圖5 所示。

        圖5 1 號軸承瓦枕

        軸承座內(nèi)存在大量鐵銹,瓦枕上除鐵銹外,還有很多黑色異物,瓦塊與瓦枕之間運動阻力增加而卡澀,瓦塊自位能力的喪失后瓦塊表面無法保持與軸頸表面平行,出現(xiàn)瓦塊外側(cè)與軸頸表面間隙小、內(nèi)側(cè)與軸頸表面間隙大,導(dǎo)致油膜厚度軸向分布不均勻,瓦塊有效的承載面積下降,瓦塊外側(cè)承載過重、油膜過薄,發(fā)生軸頸與瓦塊單側(cè)碰摩,瓦溫飆升,軸頸推動瓦塊重新自動調(diào)整定位后瓦溫又有所下降;并且單側(cè)磨損由外向內(nèi)發(fā)展,逐步接近測溫點,瓦溫高點逐步升高、且瓦溫波動大;隨著磨損的加重,軸心逐步在向左下方移動。因此,瓦塊與瓦枕之間的鐵銹、黑色異物是導(dǎo)致1 號軸瓦溫度異常的主要原因。

        經(jīng)取樣分析黑色異物的主要成份是碳,確認(rèn)為高溫狀態(tài)下潤滑油的碳化物,而大量鐵銹表明機(jī)組運行時軸承座內(nèi)充滿了水汽。軸承座內(nèi)造成異物的高溫、鐵銹的水汽因素共同指向軸封漏汽。實際運行中,2 號機(jī)組軸封壓力明顯偏大,高壓缸前軸封存在大量蒸汽外漏(同型號的1 號機(jī)組正常),為了防止軸封蒸汽進(jìn)入軸承座,還在軸封與軸承座之間加裝了臨時擋汽板。

        3.2 門桿漏汽接入點

        由于新裝機(jī)組的軸封安裝間隙是嚴(yán)格控制的,同時機(jī)組運行過程中2 號機(jī)組1 號瓦未出現(xiàn)過機(jī)械碰摩現(xiàn)象,因此軸封漏汽排除了軸封間隙過大的因素。實地勘察軸封系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),1 號、2 號機(jī)組門桿漏汽接入軸封母管的位置有所不同。如圖6 所示,1 號機(jī)組門桿漏汽接在軸封供汽母管末端的軸封溢流閥前,即圖中A 點位置。而2 號機(jī)組門桿漏汽接在中低壓缸軸封母管的噴水減溫器前,即圖中B 點位置。

        圖6 門桿漏汽接入點示意圖

        正常運行中,機(jī)組的門桿漏汽源于主蒸汽和再熱蒸汽,高中壓軸封汽的主要來源是主蒸汽和再熱蒸汽作功后的乏汽。因此門桿漏汽的焓明顯高于高中壓軸封汽,這就造成了門桿漏汽接入軸封系統(tǒng)A,B 點的差異。門桿漏汽接入A 點時流向凝汽器,基本沒有影響原軸封系統(tǒng)的運行;而接入B 點時流向低壓軸封,由于門桿漏汽溫度很高,為了滿足低壓軸封溫度需求,必須增加大量軸封減溫水,而這些噴水汽化后導(dǎo)致軸封系統(tǒng)內(nèi)蒸汽質(zhì)量明顯增加,即便是在軸封溢流調(diào)節(jié)閥開度很大時,軸封壓力仍然很高,門桿漏汽接入點不同對軸封運行參數(shù)的影響如表2 所示。

        表2 550 MW時1 號和2 號機(jī)組軸封運行參數(shù)對比

        過高的軸封壓力引起高壓缸前軸封蒸汽大量外漏,高溫蒸汽進(jìn)入1 號軸承座后,造成鋼鐵銹蝕、潤滑油碳化,在瓦枕上產(chǎn)生大量異物。因此2 號機(jī)組門桿漏汽接入點有必要參照1 號機(jī)組的位置改接以降低軸封母管壓力,保證高壓缸前軸封蒸汽不外漏,為1 號軸承提供良好的運行環(huán)境。

        4 處理及效果

        結(jié)合前面的分析和揭瓦檢查情況,采取如下措施:1 號軸承下軸瓦屬于輕微受損,修刮后應(yīng)該可用,但要保持在軸承設(shè)計間隙要求之內(nèi);若修刮后不能保持在設(shè)計間隙要求之內(nèi),則需更換新瓦[5]。同時對軸頸采用油石、金相砂紙表面打磨,提高軸頸表面光潔度。徹底清理瓦枕、瓦塊球面上的異物。安裝時軸瓦緊力按下限調(diào)整,保證瓦枕、瓦塊球面結(jié)合后能活動自如[6]。參照1 號機(jī)組門桿漏汽接入位置對2 號機(jī)組進(jìn)行改接,消除高壓缸軸封蒸汽外漏。在瓦面修刮、清理異物、門桿漏汽改接后,機(jī)組重新起動。起動后的各階段,軸瓦金屬溫度均在正常范圍內(nèi)。機(jī)組滿負(fù)荷660 MW 運行,2號機(jī)組軸封系統(tǒng)參數(shù)數(shù)值與1 號機(jī)組接近,高壓缸前軸封已無外漏現(xiàn)象,1 號軸瓦的溫度穩(wěn)定。機(jī)組負(fù)荷在300~660 MW 調(diào)整時潤滑油供油溫度自動控制在45℃,1 號軸承下軸瓦金屬溫度在78~83℃波動,2 號機(jī)組運行一年來,未再出現(xiàn)軸瓦溫度偏高或溫度波動幅度過大的現(xiàn)象。

        5 結(jié)束語

        汽輪機(jī)軸承金屬溫度異常升高,往往是烏金磨損、碾壓的前兆,在發(fā)現(xiàn)軸瓦溫度異?,F(xiàn)象后,應(yīng)在加強運行監(jiān)視,盡快尋找機(jī)會停機(jī)檢查處理,避免發(fā)生汽輪機(jī)燒瓦彎軸的惡性事件。引起軸瓦金屬溫度高的原因很多,實踐中需依據(jù)軸承原理并結(jié)合現(xiàn)場情況具體分析后確認(rèn)原因,采取相應(yīng)對策,降低軸承金屬溫度,確保汽輪機(jī)組的長期安全穩(wěn)定運行。

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        [3]武建軍,朱曉東,付建國,等.汽輪機(jī)停機(jī)過程中軸承金屬溫度異常升高的分析與處理[J].江蘇電機(jī)工程,2007,26(4):17-19.

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