宋宏偉

(遼寧大唐國際沈東熱電有限責(zé)任公司，沈陽 110172)

汽輪發(fā)電機(jī)組推力軸承用來承受蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的剩余軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置。推力軸承工作面及非工作面均由六塊自位式推力瓦塊組成，軸向推力可通過壓塊板的擺動(dòng)使各澆有巴氏合金的瓦塊表面載荷中心都處于同一平面內(nèi)[1]?；谟湍ぴ?，推力軸承始終浸在壓力油中，油直接由主軸供油管道供給，當(dāng)推力盤相對(duì)瓦塊旋轉(zhuǎn)時(shí)，瓦塊進(jìn)油側(cè)和推力盤間形成一定厚度的楔形油膜[2]。針對(duì)某300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后， 隨著負(fù)荷增加，推力瓦非工作面金屬溫度異常升高，軸向負(fù)位移增大，結(jié)合各種試驗(yàn)工況、異?，F(xiàn)象及翻瓦檢查情況，根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和受力分析以及推力瓦結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)比分析了3種解決方法，使推力瓦非工作面金屬溫度控制在穩(wěn)定范圍內(nèi)。

1 機(jī)組概況

某300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組型號(hào)為N300-16.7/537/537，為一次中間再熱、單軸、沖動(dòng)式、雙缸雙排汽冷凝汽式。高壓部分為1個(gè)沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級(jí)和12個(gè)反動(dòng)式高壓級(jí)，中壓部分為9級(jí)反動(dòng)式中壓級(jí)，低壓部分為正反向各7級(jí)反動(dòng)式低壓級(jí)。為了平衡高中壓轉(zhuǎn)子的軸向推力，高壓級(jí)組和中壓級(jí)組采取反向布置，并設(shè)置了3個(gè)平衡活塞，在高壓進(jìn)汽區(qū)域內(nèi)，轉(zhuǎn)子上設(shè)有高、中壓兩級(jí)平衡活塞，用來平衡高壓通流部分的軸向推力，高壓缸排汽側(cè)設(shè)有低壓平衡活塞，用以平衡中壓通流部分上的軸向推力，最后剩余較小的正向推力指向發(fā)電機(jī)端由推力瓦承擔(dān)[3]。推力瓦軸承金屬溫度99 ℃報(bào)警，107 ℃跳機(jī)。

2 升溫過程及現(xiàn)象

機(jī)組空負(fù)荷時(shí)工作面及非工作面瓦塊溫度均勻，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后， 隨著負(fù)荷增加， 非工作面的瓦塊溫度隨負(fù)荷增加而上升。其升溫過程及現(xiàn)象如下。

a.2017年11月09日，機(jī)組首次啟動(dòng)，由于未帶大負(fù)荷，推力瓦溫度不高。

b.同年11月12日，機(jī)組第2次啟動(dòng)，推力瓦非工作面1～4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度隨著負(fù)荷增加而上升，其中2、4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度明顯大于1、3號(hào)測(cè)點(diǎn)。當(dāng)負(fù)荷升至143 MW，推力瓦非工作面4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度升至95 ℃，負(fù)荷174 MW時(shí)溫度最高為104 ℃，軸位移最大為-0.56 mm。隨后，采取變真空、切高加、開高旁、切順序閥等措施，但溫度變化都不明顯，沒有較大的下降趨勢(shì)。得出結(jié)論：各運(yùn)行參數(shù)的變化都無法抵消負(fù)荷增加使推力瓦溫度上升的增加量。

c. 同年11月14日，汽輪機(jī)廠決定停機(jī)翻瓦檢查。同年11月23日，翻瓦檢查，發(fā)現(xiàn)推力瓦非工作面?zhèn)€別瓦塊局部邊緣磨損，每個(gè)瓦塊都有溫度高灼燒的痕跡，上部2塊裝有溫度測(cè)點(diǎn)的瓦，其中心處有下凹小圓坑，同時(shí)檢查推力瓦進(jìn)回油管無堵塞現(xiàn)象，兩側(cè)推力瓦塊都能自定位活動(dòng)。

3 原因分析

3.1 2、4號(hào)測(cè)點(diǎn)金屬溫度分別高于1、3號(hào)測(cè)點(diǎn)的原因

推力瓦結(jié)構(gòu)及溫度測(cè)點(diǎn)示意圖見圖1。推力瓦潤滑油從左上方進(jìn)入，沿著推力盤旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒂蛶胪邏K工作面形成一定厚度的楔形油膜, 起到潤滑和冷卻作用，從右上方排出(見圖1a)。1、 3號(hào)測(cè)點(diǎn)位于推力瓦邊緣(見圖1b)，推力瓦之間的間隙大，通過間隙的潤滑油流量大， 故1、3號(hào)測(cè)點(diǎn)冷卻較快； 而2、4號(hào)測(cè)點(diǎn)位于推力瓦中心(見圖1b)，溫度元件緊貼鎢金，軸向負(fù)推力增大時(shí)，引起非工作面推力間隙變小，導(dǎo)致油膜厚度變薄，非工作面冷卻油流量變小，高速旋轉(zhuǎn)摩擦溫度快速上升。

圖1 推力瓦結(jié)構(gòu)及溫度測(cè)點(diǎn)示意圖

3.2 推力瓦塊局部磨損的原因

推力瓦塊厚度不均，同側(cè)的各瓦塊厚度差大于0.02 mm。推力軸承安裝位置傾斜，推力瓦塊工作平面和轉(zhuǎn)子上的推力盤面不平行，致使瓦塊受力不均衡。

3.3 推力瓦塊中心形成凹坑的原因

鎢金硬度隨著溫度升高而降低，60 ℃時(shí)硬度為21.1HB，110 ℃時(shí)硬度為13.1HB，144 ℃時(shí)硬度為8.85HB[4]；溫度元件安裝于推力瓦中心，打孔深度幾乎接近鎢金，厚度薄；推力瓦中心油膜壓力、溫度增高，高溫高壓下鎢金強(qiáng)度下降，產(chǎn)生凹坑。結(jié)合推力瓦非工作面金屬溫度、軸向負(fù)位移與負(fù)荷密切且變化趨勢(shì)一致等現(xiàn)象，經(jīng)多方分析，引起推力瓦非工作面金屬溫度異常升高的根本原因：汽輪機(jī)軸向負(fù)推力隨負(fù)荷上升而增加 (朝機(jī)頭方向)。推力瓦在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下最小油膜厚度隨轉(zhuǎn)速升高而加大，隨油溫升高而減小。軸向推力越大則油膜越薄，冷卻油量越少，溫度越高[5]。

4 處理對(duì)策及過程

4.1 處理對(duì)策

汽輪機(jī)軸向力主要由三部分組成[6]：蒸汽作用在動(dòng)葉片的軸向推力；蒸汽作用在葉輪面上的軸向推力；蒸汽作用在汽輪凸肩上的軸向推力。由于反動(dòng)式汽輪機(jī)動(dòng)葉反動(dòng)度較高，轉(zhuǎn)子的軸向推力相應(yīng)比較大，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向推力太大時(shí)，可能會(huì)造成推力軸承比壓過大，甚至引起推力瓦燒毀。為了平衡高中壓轉(zhuǎn)子的軸向推力，可采用高中壓缸反向布置、平衡活塞、剩余的軸向推力則由推力軸承受力3種方式。

為平衡汽輪機(jī)軸向負(fù)推力，可采用直接降低軸向負(fù)推力或增大正推力的方法。本文決定通過增加汽輪機(jī)軸向正推力的方法來平衡其推力，其處理的對(duì)策是：提高平衡活塞腔室壓力，從而增加中壓平衡活塞前后差壓，以增加汽輪機(jī)正推力。

圖2為高中壓平衡活塞的局部放大圖，蒸汽通過導(dǎo)管進(jìn)至調(diào)節(jié)級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)漏汽通過高壓平衡活塞汽封環(huán)進(jìn)入平衡活塞腔室，腔室中的蒸汽一部分通過中壓平衡活塞漏至中壓缸，一部分排至高壓缸排汽管。通過圖2箭頭蒸汽流向可以看出，平衡活塞腔室的壓力受3個(gè)因素影響：高壓平衡活塞漏汽量；中壓平衡活塞漏汽量；平衡活塞腔室至高壓缸排氣管的排汽量?；?個(gè)影響因素，可以用以下3個(gè)方法來提高平衡活塞腔室壓力。

a.適當(dāng)增大高壓平衡活塞汽封環(huán)間隙，從而增大調(diào)節(jié)級(jí)漏汽通過高壓平衡活塞漏汽至平衡腔室的漏汽量，進(jìn)而增加平衡活塞腔室壓力。此方法需要揭缸，周期長，且新蒸汽沒有做功就通過平衡腔室排至高壓缸排汽管，降低了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，本文不采用。

圖2 高中壓平衡活塞示意圖

b適當(dāng)減小中壓平衡活塞汽封環(huán)間隙，從而減小平衡腔室漏汽至中壓缸的漏汽量，進(jìn)而增加平衡活塞腔室壓力。此方法同樣需要揭缸，周期長，且汽封間隙減小，增加了動(dòng)靜碰磨的風(fēng)險(xiǎn)性，本文不采用。

c.在上、下高壓平衡管安裝節(jié)流孔板，減少平衡活塞腔室漏汽至高壓缸排汽管的排汽量，從而增加平衡活塞腔室壓力。節(jié)流孔板安裝簡(jiǎn)單且安全可靠，但由于運(yùn)行工況等因素影響，節(jié)流孔徑計(jì)算存在一定誤差，需多次計(jì)算更換節(jié)流孔板，增加機(jī)組啟停次數(shù)。鑒于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本文采用此方法。

4.2 處理過程

4.2.1 第1次處理過程

將上、下高壓平衡管安裝φ17.5 mm的節(jié)流孔板，節(jié)流孔孔徑底部與管道下部?jī)?nèi)徑水平，便于疏水；修刮磨損的推力瓦塊，保證各瓦塊厚度差小于0.02 mm，調(diào)整推力瓦安裝平行度小于0.02 mm，確保推力瓦與推力盤的接觸面積在75%以上，保證各瓦塊受力均勻；重新推軸，調(diào)整推力瓦間隙為0.28 mm；用新瓦更換有凹坑的推力瓦。2017年11月28日，機(jī)組第3次啟動(dòng)，推力瓦非工作面4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度隨著負(fù)荷增加而上升，負(fù)荷升至250 MW時(shí)， 4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度上升到報(bào)警值99 ℃，改造效果不明顯。

4.2.2 第2次處理過程

將上平衡管用盲板堵死，下平衡管節(jié)流孔板孔徑由φ17.5 mm改成φ6 mm。同年12月04日，機(jī)組第4次啟動(dòng)，負(fù)荷升至300 MW時(shí)，推力瓦非工作面4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度逐步上升至72 ℃，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，溫度由72 ℃ 緩慢下降到62 ℃ 。同年12月06日，由于發(fā)電機(jī)故障信號(hào)跳機(jī)，第5次啟動(dòng)，兩次負(fù)荷升至300 MW時(shí)，推力瓦非工作面4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度都上升至85 ℃，無下降趨勢(shì)。鍋爐吹灰階段，隨著主蒸汽溫度下降， 4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度快速上升至91 ℃，隨不穩(wěn)定因素變化明顯。

4.2.3 第3次處理過程

同年12月15日，借鍋爐水冷壁泄漏停機(jī)的機(jī)會(huì)，將下平衡管φ6 mm的節(jié)流孔板換成不帶孔的盲板堵死，同時(shí)在堵板前加疏水管路，從堵板前接到高壓缸排汽管，疏水管安裝手動(dòng)門和氣動(dòng)門，便于啟、停機(jī)時(shí)疏水。同年12月20日機(jī)組啟動(dòng)后，負(fù)荷升至300 MW時(shí)，推力瓦非工作面4號(hào)測(cè)點(diǎn)溫度基本穩(wěn)定在80 ℃左右。

5 結(jié)論及建議

針對(duì)機(jī)組推力瓦非工作面金屬溫度異常升高、軸向負(fù)位移增大現(xiàn)象，結(jié)合各種試驗(yàn)工況和翻瓦檢查情況，基于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和受力分析以及推力瓦結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得出引起推力瓦非工作面金屬溫度升高的根本原因是汽輪機(jī)軸向負(fù)推力隨負(fù)荷而增大。通過翻瓦檢查，分析了各種異常現(xiàn)象。提出降低汽輪機(jī)軸向負(fù)推力的3個(gè)方法并對(duì)比其利弊，采取減少平衡活塞腔室漏汽至高壓缸排汽量的方法來降低軸向負(fù)推力。通過3次改造，機(jī)組帶滿負(fù)荷時(shí)推力瓦非工作面金屬溫度穩(wěn)定在80 ℃左右。建議大修時(shí)揭缸處理，適當(dāng)減小中壓平衡活塞汽封環(huán)間隙，減小漏汽量，提高平衡活塞腔室壓力。