蔣序東，許金峰

（華潤電力溫州有限公司，浙江溫州325800）

發(fā)電技術(shù)

1 000MW超超臨界機組汽輪機低轉(zhuǎn)速軸承燒瓦的分析及處理

蔣序東，許金峰

（華潤電力溫州有限公司，浙江溫州325800）

針對華潤蒼南發(fā)電廠1號、2號1 000 MW機組的汽輪機以及華能海門發(fā)電廠1 000MW機組在停機惰走發(fā)生的可傾瓦燒瓦案例，介紹了可傾瓦的結(jié)構(gòu)特點，總結(jié)了超超1 000 MW機組汽輪機低轉(zhuǎn)速時可傾瓦產(chǎn)生瓦溫突升的原因，提出了解決方案，為以后同類型汽輪機安裝、調(diào)試、運行提供借鑒。

1 000 MW；超超臨界；低轉(zhuǎn)速；可傾瓦；處理

火電機組潤滑油系統(tǒng)的工作可靠性對汽輪機的安全穩(wěn)定運行有著舉足輕重的作用，雖然各發(fā)電廠在預防汽輪機燒瓦事故上采取了不少預防措施，但有些措施做得不徹底，加之突發(fā)性，燒瓦事件屢見不鮮。

以下結(jié)合華潤蒼南發(fā)電廠2臺1 000 MW東方汽輪機廠生產(chǎn)的汽輪機組在停機惰走中出現(xiàn)的可傾瓦燒瓦事故，以及華能海門發(fā)電廠曾發(fā)生的類似情況，進行分析并提出處理措施。

1 汽輪機設(shè)備概況

華潤蒼南發(fā)電廠1號、2號汽輪機均為東方汽輪機廠引進日立技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機，汽輪機型號：N1008-25/600/600型，額定出力1 008 MW，最大連續(xù)出力1 055 MW，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。1號機組和2號機組分別于2014年1月和6月正式投入商業(yè)運行。

機組軸系由汽輪機高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子A、低壓轉(zhuǎn)子B及發(fā)電機轉(zhuǎn)子所組成，各轉(zhuǎn)子均為整體轉(zhuǎn)子，無中心孔，各轉(zhuǎn)子間用剛性聯(lián)軸器連接。

汽輪發(fā)電機組軸系中1，2，3，4號為可傾瓦式軸承，采用6瓦塊結(jié)構(gòu)，對稱布置。5—10號為橢圓形軸承。推力軸承位于高壓缸和中壓缸之間的2號軸承座，采用傾斜平面式雙推力盤結(jié)構(gòu)，見圖1。

汽輪機汽缸共設(shè)有3個死點，分別位于中壓缸和低壓缸A之間的軸承箱以及低壓缸A和低壓缸B的中心線附近，死點處的橫鍵限制汽缸的軸向位移，同時在前、中軸承箱及2個低壓缸的縱向中心線前后設(shè)有縱向鍵，引導汽缸沿軸向自由膨脹而限制橫向跑偏。

圖1 1 000MW汽輪機軸系分布示意

2 故障情況

2.1 故障一

2號機組某次啟動時，22∶54，汽輪機在中速暖機后由于F磨煤機事故跳閘，手動打閘汽輪機，主汽門關(guān)閉后汽輪機開始惰走。23∶23，汽輪機轉(zhuǎn)速268 r/min，2號瓦溫度開始上升至66.7℃。23∶24磨煤機故障處理完畢，點火投粉成功，重新掛閘沖轉(zhuǎn)；23∶27汽輪機轉(zhuǎn)速上升至337 r/min時，2號瓦溫度上升至113.5℃，立即手動打閘。23∶28 2號瓦溫度達到最大值130.1℃。機組停運后翻瓦檢查發(fā)現(xiàn)，2號瓦出現(xiàn)齒形磨損，鎢金部分碾磨嚴重，3號瓦也出現(xiàn)不同程度的磨損。

2.2 故障二

1號機組某次按照調(diào)度要求停運。23∶30負荷86.6 MW，打閘汽輪機，主汽門關(guān)閉，汽輪機開始惰走，轉(zhuǎn)速下降時各可傾瓦溫度顯示變化如表1所示。

表1 汽輪機轉(zhuǎn)速下降時各可傾瓦溫度

2號瓦溫度最高顯示為138℃，溫度變化趨勢見圖2。

2.3 故障三

圖2 1號機組汽輪機各可傾瓦在大機惰走時的溫度變化

相同類型機組事故：華能海門發(fā)電廠一期2× 1 000 MW機組，其中1號機組汽輪機由東方汽輪機廠引進日立技術(shù)后首臺國產(chǎn)化機組。在某次汽輪機低速惰走過程中2號軸承瓦溫突升，最高達到149℃，3號、4號軸承瓦溫也伴隨有升高。

根據(jù)2次由閥門嚴密性試驗得到的升降曲線，從2號瓦溫度與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線可以看出，在2次降速滑停過程中均發(fā)生了瓦溫突升：第1次滑停時在388 r/min下，2號瓦溫度突升至108℃，時間大約3 min；第2次滑停時在584 r/min下，2號瓦溫度突升至84℃；在轉(zhuǎn)速下降到381 r/min時，2號瓦溫度突升至149℃，時間大約6 min。在對可傾瓦增加頂軸油管路后，再次啟動沖轉(zhuǎn)，后因磨煤機故障機組跳閘，機組惰走至0 r/min，因盤車手動投不上，轉(zhuǎn)子完全靜止8 min后直接沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)至1 686 r/min，因3，7，8號瓦振動大停機至0 r/min。汽輪機再次沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，穩(wěn)約20min后，3，4號瓦振動突升約70μm，而后緩慢上升。因軸瓦振動大而停機惰走過程中，在汽輪機低轉(zhuǎn)速時3號軸承瓦溫出現(xiàn)突升現(xiàn)象。

華潤蒼南發(fā)電廠發(fā)生的1與2號機組汽輪機2號可傾瓦與相同類型的華能海門發(fā)電廠1號汽輪機組的2號可傾瓦在低轉(zhuǎn)速時發(fā)生燒瓦事故情況相類似，都是在機組停運惰走或者沖轉(zhuǎn)至大約300 r/min時發(fā)生可傾瓦溫度突升而燒瓦。在機組打閘后惰走過程中，隨著轉(zhuǎn)速的下降，可傾瓦軸承溫度都會出現(xiàn)短暫的上升，繼而下降，但唯有2號軸承在轉(zhuǎn)速低于300 r/min時溫度發(fā)生突升。

3 可傾瓦的特點分析

3.1 結(jié)構(gòu)特點

可傾瓦通常由3～5塊或更多塊能在支點上自由傾斜的弧形巴氏合金瓦塊組成。瓦塊在工作時可以隨轉(zhuǎn)速、載荷及軸承溫度的不同而自由擺動，在軸徑四周形成多個油楔。每一塊瓦塊通過其背面的球面銷及墊片支撐在軸承套中，瓦塊可以繞其球面支撐銷擺動；軸承中分面上部瓦塊、背面分別裝有彈簧，從瓦塊一端壓迫瓦塊，人為地建立油楔。潤滑油從各瓦塊之間的間隙進入軸承，從軸承的兩端油封環(huán)開孔處排出。

如果忽略瓦塊的慣性，支點的磨擦力及油膜剪切內(nèi)磨擦力等的影響，每個瓦塊作用到軸徑上的油膜作用力總是通過軸徑的中心，不會產(chǎn)生引起軸徑渦動的失穩(wěn)力，因此具有較高的穩(wěn)定性，理論上可以完全避免油膜震蕩的產(chǎn)生。

另外，由于瓦塊可以自由擺動增加了支撐柔性，還具有吸收轉(zhuǎn)軸振動能量的能力，即具有很好的減振性?？蓛A瓦剖面圖如圖3所示。

圖3 可傾瓦軸承剖面示意

3.2 可傾瓦的缺點

從結(jié)構(gòu)特點看，可傾瓦有許多優(yōu)點，可傾瓦軸承在穩(wěn)定性、承載力及功耗等性能方面均居各種支持軸承之首，三油楔軸承、橢圓軸承次之，圓筒形軸承最差。但結(jié)構(gòu)復雜、安裝檢修較困難、成本較高?？蓛A瓦尚有以下缺陷：

（1）瓦塊鎢金磨損嚴重時需要更換瓦塊。

（2）調(diào)整墊片或銷磨損嚴重，凸面磨損或墊片碎裂時需要更換新銷與墊片。

（3）機組大修找中心軸瓦位置需要大幅調(diào)整，軸承墊鐵接觸不良，振動大等。

3.3 可傾瓦的穩(wěn)定動壓油膜

可傾瓦軸承潤滑油膜中的壓力分布p（x，z），服從二維變粘度雷諾方程：

式中：h（x）為油膜厚度分布；m為其函數(shù)形式取決于軸頸工作時的偏心率；μ（x）為粘度分布；U為圓周速度，U=ωr；ω為角速度；r為軸頸半徑；x，z為軸承工作面上的周向和軸向坐標。

式（1）壓力分布的合力即為油膜的承載力，由式（1）可看出，建立穩(wěn)定的動壓油膜需具備的3個條件：

（1）相對運動2表面必須形成一個收斂楔形。

（2）被油膜分開的2個表面必須有一定的相對滑動速度v，其運動方向必須使?jié)櫥蛷拇罂诹鬟M，小口流出。

（3）潤滑油必須有一定的粘度，供油要充分。

同時可以看出楔形間隙進出口截面油膜厚度之比越大，相對運動速度v越大，液體粘度越高，油膜承載能力越大。轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動時，軸頸與軸瓦低部2個摩擦表面在相互滑動時，每個表面都帶動著1個附著油膜，形成2個摩擦表面之間的液體摩擦，這個壓力很高的油膜支撐著轉(zhuǎn)子重量在軸瓦中的滑動。由滑動軸承動壓油膜的原理得知：軸頸轉(zhuǎn)動速度的大小是油膜形成的一個關(guān)鍵原因，轉(zhuǎn)速低時形成的油膜厚度較薄且承載能力較差。

（2）制定相應的優(yōu)惠政策。如高速公路服務區(qū)旅游廁所建設(shè)減免收投資許可證、行政事業(yè)單位免收公廁拆遷建設(shè)管理費用等。

4 可傾瓦軸承燒瓦分析

瓦溫突升基本發(fā)生在汽輪機打閘后惰走至300 r/min左右，由于轉(zhuǎn)速下降，此時潤滑油油膜作用小。

華潤蒼南發(fā)電廠1號汽輪機惰走時1，3，4號溫度都在隨著轉(zhuǎn)速下降而下降，唯有2號瓦在低轉(zhuǎn)速時溫度突然上升，由于2號瓦比壓最大，在油膜失效后，軸頸與瓦塊鎢金之間發(fā)生了直接剛性摩擦，造成軸瓦磨損。

在汽輪機低轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子切向速度下降，受重力作用，軸頸下沉，使可傾瓦的徑向半徑太小，瓦塊潤滑油進油通道變小，進油量不足，造成斷油。

由于1—4號瓦缺少頂軸油油路設(shè)計，轉(zhuǎn)速下降后，油膜變薄，油質(zhì)中存在固體顆粒進一步破壞潤滑效果，使液體摩擦變成顆粒摩擦，導致軸頸與鎢金表面遭到破壞，軸頸也發(fā)生劃傷。在2號機組翻瓦時發(fā)現(xiàn)2號瓦有齒狀劃痕，同時在軸承濾網(wǎng)處發(fā)現(xiàn)有固體顆粒物，說明有硬質(zhì)固體顆粒卡在軸頸與軸瓦之間，在旋轉(zhuǎn)的軸頸帶動下，隨旋轉(zhuǎn)劃傷了軸頸與鎢金，進一步加劇惡化了油膜的壓力分布，最終導致軸承鎢金被碾壓直至破壞，見圖4，5。

圖4 2號汽輪機2號軸頸磨損

圖5 2號汽輪機2號可傾瓦磨損

2臺機組都是在低轉(zhuǎn)速（300 r/min左右）發(fā)生2號可傾軸承燒瓦事件，但是其他可傾瓦都沒有明顯的溫度上升趨勢，機組振動也未見明顯增大趨勢，說明汽輪機軸系的設(shè)計上，2號瓦在低轉(zhuǎn)速下所受的壓比為最大，軸頸與軸瓦之間的油膜變稀薄，距離更為靠近，此時若油中存在不合格的顆粒物，很容易在低轉(zhuǎn)速下卡在軸頸與瓦之間，在軸頸旋轉(zhuǎn)中，出現(xiàn)齒狀的的碾磨。

5 防止可傾瓦燒瓦的預防處理措施

（1）摩擦檢查轉(zhuǎn)速調(diào)整。將汽輪機沖轉(zhuǎn)時摩擦檢查轉(zhuǎn)速由200 r/min改為600 r/min，即汽輪機冷態(tài)啟動過程中，先以100 r/min的升速率升速至600 r/min，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定進行摩擦檢查。

（2）高壓缸正暖方式調(diào)整。汽輪機正暖方式調(diào)整為600 r/min摩擦檢查結(jié)束后，直接由中調(diào)門控制轉(zhuǎn)速升速至1 500 r/min，然后在工程師站手動開啟高調(diào)門至暖缸開度（根據(jù)實際情況確定開度），進行高壓缸正暖。

（3）潤滑油溫度控制。汽輪機啟動期間，轉(zhuǎn)速＜1 500 r/min時，控制主機潤滑油溫度在32℃左右，轉(zhuǎn)速≥1 500 r/min時，油溫按正常運行油溫控制在38~45℃，啟機階段油溫控制均采取手動設(shè)定目標油溫方式控制油溫。汽輪機停機期間當汽輪機轉(zhuǎn)速由3 000 r/min下降至2 500 r/min時，自動向主機潤滑油冷卻器出水調(diào)節(jié)門發(fā)出目標油溫32℃的指令，自動控制油溫，期間加強對油溫的監(jiān)視，必要時手動干預調(diào)節(jié)，確保轉(zhuǎn)速＜1 500 r/min時，潤滑油溫控制在32℃左右。

（4）汽輪機惰走控制。汽輪機停機惰走期間應加強對各軸瓦金屬溫度下降情況做對比（重點加強對2號軸瓦金屬溫度的監(jiān)視），若發(fā)生軸瓦金屬溫度出現(xiàn)異常升高或下降趨勢與其他存在明顯差異時，視情況調(diào)整凝汽器真空（緊急情況下可按破壞真空緊急停機處理），盡量縮短惰走時間。

（5）加強對汽輪機潤滑油質(zhì)的監(jiān)視，特別是在機組啟停時保證潤滑油品質(zhì)，及時投入潤滑油凈化裝置，特別在汽輪機停運前，加強對油質(zhì)的取樣化驗檢查。

（6）封堵1個回油孔或者縮小回油孔徑，保證軸頸浸油深度，以保證油膜厚度與冷卻效果。

（7）聯(lián)系廠家改變可傾瓦瓦片弧度，增大進油量，提升冷卻效果。2號汽輪機可傾瓦已經(jīng)改成進出油面間隙大一點的可傾瓦版本，從幾次啟停機情況來看，未發(fā)生汽輪機惰走時發(fā)生的瓦溫突升現(xiàn)象，效果有待繼續(xù)觀察。

（8）給1—4號軸承增設(shè)一頂軸油路，但會出現(xiàn)一些負面的因素，如加頂軸油路后管道會出現(xiàn)滲油，頂軸油壓加入會導致可傾瓦瓦片擺動受阻卡澀等情況。

6 結(jié)語

華潤蒼南發(fā)電廠2臺汽輪機可傾瓦燒瓦事故與華能海門發(fā)電廠1號機組燒瓦情況類似，通過對瓦塊改造，保證低轉(zhuǎn)速下油膜厚度，能提高潤滑油冷卻效果，在多次啟停機的過程中未再發(fā)現(xiàn)汽輪機低速時可傾瓦溫度發(fā)生突升情況，取得了明顯的效果。

[1]喬廣.轉(zhuǎn)子可傾瓦軸承系統(tǒng)完全動力模型及穩(wěn)定性分析[D].上海：復旦大學，2007.

[2]胡代舜.大型汽輪機事故及預防[J].電力安全技術(shù)，1999（2）∶5-7.

Analysis and Treatment on Bearing Pad Burning of Steam Turbine w ith Low Rotational Speed of 1 000 MW Ultra-supercritical Generating Units

JIANG Xudong，XU Jinfeng
（China Resources Power（Wenzhou）Co.，Ltd.，Wenzhou Zhejiang 325800，China）

Through cases of tilting bearing pad burning in steam turbines of 1 000MW units No.1 and No.2 of China Resources Cangnan Power Plant as well as 1 000 MW units of Huaneng Haimen Power Plant during stop idling，the paper introduces structural characters of titling bearing pad burning；besides，it summarizes reasons of sudden temperature rise of tilting bearing pad at low rotating speed of steam turbines of 1 000 MW ultra-supercritical units，and presents solutions providing the same type of steam turbines with installation,commissioning and operation reference.

1 000MW；ultra-supercritical；low rotating speed；tilting pad；process

TK267

B

1007-1881（2016）01-0042-04

2015-06-09

蔣序東（1982），男，助理工程師，從事發(fā)電廠集控運行工作。