方亮

摘 要：針對(duì)某電廠兩臺(tái)機(jī)組6、7、8號(hào)軸承軸瓦溫度高及啟停機(jī)過程中瓦塊頻繁碾瓦燒損的問題，通過進(jìn)行系統(tǒng)分析，逐步定位故障原因：軸承座內(nèi)球面損壞造成了軸承自位能力較差。本文進(jìn)一步針對(duì)該問題提出了多種修復(fù)方案，并對(duì)比分析了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)。最終選擇通過機(jī)加工方法修復(fù)軸承原有主球面墊塊的方案。以修復(fù)完好的球面作為基準(zhǔn)面，再手工修配軸承座內(nèi)球面的方法，提高軸承的自位能力，徹底地解決了該缺陷，可為同類故障的檢修、維護(hù)提供參考。本文可為同類故障的檢修、維護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：軸承;汽輪機(jī);溫度;修復(fù);碾瓦

中圖分類號(hào)：TM621

Abstract：In view of the high temperature of NO. 6， 7 and 8 bearing bushes of two units in a power plant and the frequent grinding tiles during the start and stop process， the fault causes are gradually located through systematic analysis： the spherical damage in the bearing seat causes the poor self-positioning ability of the bearings. This paper further puts forward a variety of repair schemes for this problem， and compares and analyzes the advantages and disadvantages of each scheme. Finally， the scheme of repairing the original main ball surface cushion block of the bearing by machining method is selected. Taking the repaired spherical surface as the datum plane， and then manually repairing the spherical surface in the bearing seat， the self positioning ability of the bearing is improved， and the defect is completely solved， which can provide a reference for the repair and maintenance of similar faults. This paper can provide reference for the repair and maintenance of similar faults.

Key Words： Bearing; Steam turbine; Temperature; Repair; Grinding tile

隨著節(jié)能意識(shí)的不斷提高，大容量、高參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組大規(guī)模投建，這同樣使得汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備的大型化問題。單軸布置的汽輪發(fā)電機(jī)變得更長(zhǎng)，需要更多、更大的軸承支承轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功。軸承工作狀態(tài)與汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，軸承問題也會(huì)造成汽輪機(jī)諸如振動(dòng)異常、瓦溫異常等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐赏C(jī)事故。因此，針對(duì)汽輪機(jī)軸承故障問題的研究也得到了廣泛的關(guān)注[1]。

汽輪機(jī)本體主要包括推力軸承、徑向軸承，不同作用的軸承其工作機(jī)理存在一定的差異性，因此造成故障的原因也并不相同[2，3，4]。軸承工作異常主要表現(xiàn)為機(jī)組振動(dòng)異常[2]、瓦溫超溫等問題[5]，進(jìn)一步會(huì)產(chǎn)生碾瓦、燒瓦等軸承損傷問題[6]。而造成汽輪機(jī)軸承損傷的原因又紛繁復(fù)雜，軸承供油問題[7]、軸承負(fù)荷分配不合理、轉(zhuǎn)子對(duì)中問題等[8]，而每類問題又對(duì)應(yīng)更多故障原因。

以軸承供油問題為例，油路損壞[6，9]、油質(zhì)差[10，11]、軸承自位能力差[12]、軸承制造工藝缺陷[13]、運(yùn)行方式不合理[7]。并且許多軸承損傷事故并不是由單一原因造成的，多個(gè)故障相互耦合，使得診斷變得更加困難，需要通過大量的分析才能逐步定位出故障原因并給出針對(duì)性的處理措施[14]。

本文針對(duì)某電廠5、6號(hào)機(jī)組6、7、8號(hào)軸承頻繁燒損缺陷的處理過程和結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，對(duì)故障表征開展系統(tǒng)性分析，逐步定位故障源，并提出了相應(yīng)的處理措施，徹底解決了長(zhǎng)期困擾機(jī)組正常運(yùn)行的碾瓦問題。

1 設(shè)備概況

1.1 設(shè)備概況

某電廠5、6號(hào)600MW亞臨界機(jī)組為單軸式布置，除勵(lì)磁機(jī)外每一轉(zhuǎn)子各自支撐于兩徑向軸承上，整個(gè)軸系共有11只軸承。其中6、7、8號(hào)軸承為徑向圓柱形軸承。如圖1所示，整個(gè)軸承體上共有4塊球面墊塊，其中下方45°角兩塊球面墊塊為主球面墊塊。另有頂部球面墊塊，與軸承座內(nèi)球面有0.20～0.30mm的間隙，底部球面墊塊與軸承座內(nèi)球面有0.03～0.05mm的間隙。

1.2 事故描述

自投產(chǎn)以來，兩臺(tái)機(jī)組的6、7、8號(hào)軸承一直存在兩點(diǎn)瓦溫偏高的缺陷。其中以5號(hào)機(jī)8號(hào)軸承為代表，正常運(yùn)行中軸承烏金溫度軸向前后兩點(diǎn)溫度差最高可達(dá)到20℃。啟停機(jī)過程中5號(hào)機(jī)8號(hào)軸承瓦溫高的問題更為突出，經(jīng)常由于軸瓦瓦溫高導(dǎo)致軸瓦烏金起皮，堵塞頂軸油孔，影響機(jī)組正常開停機(jī)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2008年至2013年，僅5號(hào)汽輪機(jī)就在啟停機(jī)過程中發(fā)生5次軸承瓦溫高碾瓦燒損的情況，如表1所示。

2瓦溫高的原因分析

2.1 常見導(dǎo)致瓦溫高的原因

2.1.1 軸承供油量不足

汽輪機(jī)滾動(dòng)式軸承的冷卻主要依靠潤(rùn)滑油。供油量不足會(huì)導(dǎo)致軸承冷卻不足，瓦溫偏高。

2.1.2 軸系載荷分配不均，軸承負(fù)載過高

如汽輪機(jī)中心調(diào)整不佳，會(huì)使個(gè)別軸承負(fù)載過高，瓦溫偏高。

2.1.3 軸承內(nèi)進(jìn)異物

如潤(rùn)滑油顆粒度大或者軸承檢修后未清理干凈，導(dǎo)致軸承內(nèi)進(jìn)異物，可能會(huì)損壞烏金及軸頸，導(dǎo)致軸承瓦溫偏高[15]。

2.1.4軸承自位能力不佳

軸承自位能力不佳，汽輪機(jī)在開停機(jī)過程中發(fā)生的位置變化無法通過軸承自位來進(jìn)行位置調(diào)整，載荷未均勻分布在軸承上，會(huì)導(dǎo)致軸承局部溫度過高而燒損。該種情況常見的現(xiàn)象是軸承前后兩點(diǎn)瓦溫偏差較大，翻瓦檢查時(shí)烏金燒損起皮現(xiàn)象在軸向通?？拷欢薣16]。

軸瓦自位的原理主要依靠軸承底部球面墊塊凸面與軸承座內(nèi)球面在基本同心同直徑的情況下，凹凸球面基本可以達(dá)到全接觸，在兩個(gè)球面均達(dá)到足夠的光潔度時(shí)，兩球面可以向任意方向進(jìn)行滑動(dòng)而不受到阻礙。從而使軸瓦可以隨轉(zhuǎn)子軸頸的方向變化而任意變化，并達(dá)到軸瓦與軸頸均勻接觸，進(jìn)而使軸瓦各處受力均勻，瓦溫均勻。

2.2軸承頻繁碾瓦燒損的原因

按照徑向軸承安裝技術(shù)要求，軸承安裝到軸承座內(nèi)時(shí)，需要調(diào)整球面墊塊和墊片，使主球面墊塊與軸承座內(nèi)球面有75%以上的均勻接觸。在接觸良好的情況下，徑向軸承可在軸承座內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)自如。當(dāng)軸系受力發(fā)生變化時(shí)，徑向軸承可隨著受力變化自我調(diào)整位置，平衡整體受力，起到自位作用[17]。

該電廠圓柱形軸承瓦溫高的表現(xiàn)一般為前后兩點(diǎn)的溫度差較大，最高偏差達(dá)到20℃。這是軸瓦在機(jī)組啟停過程中未能隨軸頸揚(yáng)度的變化進(jìn)行自我調(diào)整，軸瓦的一端與軸頸接觸比較多而另一端脫空，造成受力不均而瓦溫高。

從多次的檢修情況來看，每次翻瓦檢查時(shí)，主球面墊塊和軸承座內(nèi)球面損傷嚴(yán)重，相互間無明顯滑動(dòng)痕跡，可以判斷軸承自位能力不佳是5、6號(hào)機(jī)組6、7、8號(hào)軸承頻繁碾瓦主要原因，如圖3、圖4所示。

5、6號(hào)機(jī)組6、7、8號(hào)軸承體上的主球面墊塊及軸承座內(nèi)球面在基建中心調(diào)整時(shí)均進(jìn)行過修磨，因修磨能力不足已將兩個(gè)配合球面徹底破壞。通常翻瓦檢修時(shí)，對(duì)接觸面的修補(bǔ)一般以軸承座內(nèi)球面為基準(zhǔn)面，壓紅丹檢查軸承主球面墊塊的接觸情況。但由于基準(zhǔn)面實(shí)際已經(jīng)破壞，雖然壓紅丹粉檢查時(shí)接觸面積顯示75%以上，但實(shí)際上兩個(gè)球面在受力情況并不能自由活動(dòng)。這也是多次翻瓦處理沒有效果的原因。

3 配合球面的修復(fù)方式及效果

3.1 基準(zhǔn)球面的選擇

通過對(duì)比多種方案，最終采取了通過機(jī)加工將軸承原有的主球面墊塊修復(fù)為完好的球面，并以此作為基準(zhǔn)面，再手工修配軸承座內(nèi)球面的方法，提高軸承的自位能力，徹底地處理該缺陷。

軸承主球面墊塊及軸承座內(nèi)球面的修復(fù)難點(diǎn)在于基準(zhǔn)面的選擇和軸承體球心的定位。由于主球面墊塊與軸承座內(nèi)球面均損壞嚴(yán)重，因此，需要首先選取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球面作為基準(zhǔn)面。

基準(zhǔn)球面的選擇可以采用更換新的主球面墊塊及使用原有主球面墊塊兩種方式。采用新的球面墊塊作為基準(zhǔn)面存在以下問題。

3.1.1新球面墊塊的定位問題

雖然新、舊主球面墊塊的外球面理論上為同心同直徑球面，但事實(shí)上加工上的誤差及定位的不準(zhǔn)導(dǎo)致兩塊新的球面墊塊安裝后球心很難調(diào)整到同一位置，也很難與軸承體調(diào)整到同心。

3.1.2 定位銷孔及進(jìn)油孔的加工

由于新的球面墊塊上并沒有加工進(jìn)油孔和定位銷孔，而新舊配合加工存在一定的難度，特別是定位銷孔的加工必然將廢棄或破壞原有銷孔。

對(duì)比以上情況，舊的主球面墊塊雖然有損傷。但總體的位置及中心偏差有限。因此，利用舊的主球面墊塊成為一種必然選擇。

3.2 主球面墊塊的修復(fù)

將舊的主球面墊塊裝在軸承體上整體在球面加工機(jī)床上加工，可利用受損情況較小的頂部球面墊塊和底部球面墊塊作為找正的依據(jù)。這樣既可以保證兩塊主球面墊塊的球心為同一點(diǎn)，同時(shí)也能保證主球面墊塊與軸承體同心，且不需要加工進(jìn)油孔和定位銷孔。

軸承座內(nèi)球面的修復(fù)則以加工后的主球面墊塊為基準(zhǔn)面，對(duì)軸承座內(nèi)球面進(jìn)行修復(fù)。具體做法是將軸承體落入軸承座內(nèi)后紅丹粉檢查凹凸球面的接觸面，低點(diǎn)補(bǔ)焊，高點(diǎn)修刮。焊接方法采用微弧焊（減少瓦枕變形，同時(shí)可以控制補(bǔ)焊量），修刮采用刮刀挑硬點(diǎn)。全部完成后用細(xì)顆粒研磨砂進(jìn)行研磨，金相沙皮打磨提高光潔度。

處理完成后，軸系中心根據(jù)修磨量進(jìn)行細(xì)微調(diào)整即可。

3.3 處理后的效果

該電廠5、6號(hào)汽輪機(jī)6、7、8號(hào)軸承經(jīng)過處理后，軸承前后兩點(diǎn)偏差大的情況明顯消除，軸承溫度長(zhǎng)期保持在88℃以下，且前后兩點(diǎn)溫度差均小于10℃，如表2所示。自兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行同樣工藝方案處理后，兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行累計(jì)時(shí)間已超過30 000h，運(yùn)行和啟停機(jī)過程中再未發(fā)生過因軸承溫度異常升高導(dǎo)致的軸瓦燒損事故，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的保障。

4 結(jié)語

本文針對(duì)電廠5、6號(hào)汽輪機(jī)徑向圓柱形軸承頻繁燒損的原因展開分析，結(jié)果顯示造成碾瓦的主要原因?yàn)檩S瓦主球面墊塊及軸承座內(nèi)球面損傷導(dǎo)致接觸不良而自位能力不佳。通過對(duì)兩配合球面的處理，提高球面的接觸面積及光滑度可以有效地解決正常運(yùn)行過程中瓦溫偏差大、啟停機(jī)過程中軸承燒損等影響機(jī)組安全運(yùn)行的重大隱患。同類型機(jī)組及同類型的軸承對(duì)存在類似的缺陷情況處理可以參考處理。

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