［摘 要］軸瓦是汽輪機(jī)組的重要組成部分，長期運(yùn)行可能導(dǎo)致磨損和振動(dòng)加劇。如不進(jìn)行定期檢查及維修，可能引發(fā)高溫甚至停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，對設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。文章探討了軸瓦的運(yùn)行原理及常見故障，介紹了軸瓦檢修技巧，結(jié)合具體案例分析，以提高汽輪機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

［關(guān)鍵詞］汽輪機(jī)；軸瓦；常見故障；檢修技術(shù)

［中圖分類號］TM311 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0110–03

1 汽輪機(jī)軸瓦概述

1.1 汽輪機(jī)軸瓦作用及其材質(zhì)特性

作為汽輪機(jī)組核心部件之一，軸瓦主要作用在于承載軸頸負(fù)荷，建立穩(wěn)定的油膜并減小摩擦。其外觀平整光亮，使用耐磨材料制造，形狀為圓弧形。根據(jù)支撐部位和方向不同，可分為徑向瓦和軸向瓦兩類。其中，徑向瓦用于支撐汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，而軸向瓦則負(fù)責(zé)軸向定位。

1.2 汽輪機(jī)軸瓦工作原理

若軸瓦與轉(zhuǎn)軸間摩擦過劇，會(huì)產(chǎn)生摩擦熱量，從而導(dǎo)致軸瓦嚴(yán)重磨損。雖然軸瓦采用特殊材質(zhì)制造，但若直接接觸摩擦仍有可能因高溫造成損壞。軸瓦的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 汽輪機(jī)軸瓦的常見故障及檢修措施

2.1 汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)大問題

2.1.1 汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)過大的判定方法

面對汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)過大的現(xiàn)象，首要任務(wù)是評估設(shè)備的整體狀況。這其中可能涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)行、制造、檢修、安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)。如設(shè)備從投產(chǎn)之日起就未曾出現(xiàn)過這類問題，那么可以初步排除設(shè)計(jì)與制造的因素。而檢修與安裝中存在的動(dòng)靜不平衡、葉片結(jié)垢、軸承標(biāo)高等問題都可能導(dǎo)致振動(dòng)。如果在檢修完成后首次啟動(dòng)就發(fā)現(xiàn)振動(dòng)過大，應(yīng)從這些方面入手調(diào)查；反之，如果在運(yùn)行一段時(shí)間后才出現(xiàn)振動(dòng)過大，則應(yīng)主要關(guān)注運(yùn)行因素。經(jīng)過上述步驟，能對汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)過大的基本情況作出準(zhǔn)確判斷。

2.1.2 軸瓦振動(dòng)大的檢修案例

文章對自2012 年投產(chǎn)以來的一臺(tái)亞臨界機(jī)組進(jìn)行了深入研究。2020 年6 月2 號瓦x 和y 方向振動(dòng)振幅大幅增加，從78 μm/90 μm 增至117 μm/121 μm，隨后趨于穩(wěn)定。特別注意到，該故障只發(fā)生在2號軸瓦上，不存在因膨脹而引起的振動(dòng)。同時(shí)，如果機(jī)組的葉片或零件發(fā)生了故障，通常會(huì)有很大的異常噪聲，而這次卻沒有。通過精確地檢測汽輪機(jī)的各個(gè)重要部件的溫度，一切都在合理的范圍之內(nèi)。停機(jī)檢查后，發(fā)現(xiàn)2 號軸承探針被金屬物體粘附，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，探針檢測到主軸有橢圓的變形，誤以為是振動(dòng)原因，但實(shí)際情況良好。通過對主軸直徑的高點(diǎn)進(jìn)行磨光，使軸承的振動(dòng)降到了原來的水平。

2.2 汽輪機(jī)軸瓦的燒灼問題

2.2.1 存在的問題

汽輪機(jī)軸瓦燒瓦是大型機(jī)組在使用過程中經(jīng)常發(fā)生的一種故障，主要表現(xiàn)為軸承軸向位移超過了安全界限，造成軸承和軸承座的損壞。例如，一臺(tái)100 MW 機(jī)組在啟動(dòng)之前沒有安裝軸向變位保護(hù)，啟動(dòng)后由于出現(xiàn)了異常蒸汽，尤其是管道內(nèi)的積水，使溫度急劇下降，蒸汽管道、主氣閥及調(diào)整閥出現(xiàn)了白色蒸汽，控制板出現(xiàn)了軸向偏移和脹差滿表的現(xiàn)象，最后造成了汽輪機(jī)推力瓦6 mm 左右的磨損，造成了機(jī)組的嚴(yán)重?fù)p壞。

2.2.2 故障原因

（1）主油泵的壓力和流量低于起動(dòng)泵，造成了性能的不匹配。當(dāng)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，需要啟動(dòng)油泵，但因以上原因，造成了主油泵的“半運(yùn)轉(zhuǎn)”，當(dāng)停機(jī)后，主油泵的流量會(huì)發(fā)生瞬間變化，進(jìn)口壓力減小，機(jī)油補(bǔ)充到主油泵中的油量會(huì)快速增加，造成機(jī)油壓力急劇降低，進(jìn)而引起軸瓦故障。

（2）渦輪泵的出力不夠，設(shè)計(jì)的流量偏小，加之橢圓片的構(gòu)造，使得機(jī)油的耗油量大幅提高。當(dāng)運(yùn)行條件發(fā)生變化時(shí)，由于汽蝕現(xiàn)象會(huì)造成油泵壓力突然升高，加之渦輪泵的排量降低和轉(zhuǎn)速升高，會(huì)使設(shè)備內(nèi)部汽蝕問題更加嚴(yán)重，最終造成軸瓦燒損。

2.2.3 針對燒透的汽輪機(jī)軸瓦的維修措施

按照《防汽輪機(jī)軸瓦損壞技術(shù)措施》及其他有關(guān)規(guī)定，對軸承燒損進(jìn)行維修，主要包括以下方面。

（1）在使用過程中，如果出現(xiàn)返油溫度過高、軸承套鋼鎢合金的溫度超過規(guī)定，必須立即停止生產(chǎn)。

（2）在保養(yǎng)過程中，嚴(yán)格按照規(guī)定，重點(diǎn)關(guān)注對機(jī)油系統(tǒng)有影響的操作（如更換過濾器、啟動(dòng)定速、冷卻油切換等），并隨時(shí)注意液壓的變化。如果發(fā)現(xiàn)有不正常的油壓波動(dòng)，應(yīng)該馬上停車檢查。另外，為了確保安全，必須對可能存在氣體的部分及設(shè)備進(jìn)行抽氣，確保沒有殘余氣體后，才能啟動(dòng)潤滑系統(tǒng)。

（3）對因斷油、水錘或其他原因引起的軸承損壞，在確定起動(dòng)前，必須查明故障的根源。

（4）保證直流潤滑泵和密封泵系統(tǒng)的電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，將中間繼電器替換成了中間的直流繼電器，提高了電纜的防火和防火能力，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

（5）為防止因閥桿折斷而造成的斷油意外，便于日后的維護(hù)，且方便操作人員對閥口的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對其進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)，將機(jī)油系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)之間的閥門換成了明桿式。

（6）嚴(yán)格按《打閘停機(jī)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行操作。軸瓦燒蝕的表現(xiàn)如下：①回油溫度突然升高到70℃或伴有其他異常（如油壓下降、油質(zhì)變化等）；②錠子瓦的鎢金溫升在80℃以上；③潤滑油泵在起動(dòng)后，其壓力降至規(guī)定值以下。

2.3 汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)破碎問題

2.3.1 故障描述

2019 年4 月，某發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)軸承潤滑油壓驟降致緊急停車現(xiàn)象。經(jīng)檢查，軸瓦嚴(yán)重受損，遂進(jìn)行更換。然不久后新軸瓦再度損壞。此后至2022年5 月，3 a 間該機(jī)組發(fā)生此類事故9 次。對此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)曾試圖調(diào)整進(jìn)油溫度、壓力，以及改善軸承連接剛度等措施，未見明顯成效，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行。

2.3.2 故障原因

為深入探析矛盾根源，技術(shù)團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)調(diào)研了該蒸汽輪機(jī)組。據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)3 000 r/min 轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)備軸頸水平方向移動(dòng)約380 μm，垂直方向移動(dòng)約250 μm。由此推定，在此工況下，汽輪機(jī)油膜厚度僅約30 μm，遠(yuǎn)低于軸承設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的60 μm。故軸頸振動(dòng)過大、晃動(dòng)異常及水平位移過大成為軸瓦振動(dòng)破碎主因。

2.3.3 檢修方案

（1）嚴(yán)密關(guān)注并調(diào)整軸系中心。為了防止汽輪機(jī)軸瓦遭受破壞性損傷，需要精確調(diào)整軸頸中心來掌控晃度值。因此，在每次檢修期內(nèi)，將3 號軸承的標(biāo)高向上提升了100 μm，這使得該軸承的負(fù)擔(dān)得以減輕。此外，還將1 號軸承向順時(shí)針方向水平移動(dòng)了大約100 μm。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在汽輪機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)階段，軸頸的晃動(dòng)程度確實(shí)得到了一定程度的緩解。然而，隨著轉(zhuǎn)速的逐步攀升，軸承軸頸的偏移振動(dòng)愈發(fā)劇烈，但水平偏移與垂直偏移分別減少了102 μm 及78 μm，這就意味著最小油膜厚度有了顯著增長。盡管如此，1 號軸承的振動(dòng)仍然保持在較高水平。

（2）實(shí)地開展動(dòng)平衡工作。為了有效解決1 號軸承軸頸振動(dòng)的問題，決定對整個(gè)汽輪機(jī)組實(shí)施動(dòng)平衡操作。以下是采取的具體措施：①對汽輪機(jī)末級葉輪進(jìn)行必要改造，并在此基礎(chǔ)上加裝重量為488 g 且角度為180° 的配重塊。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，1 號軸承軸頸振動(dòng)得到了明顯緩解，但是3 號軸承的振動(dòng)卻出現(xiàn)了輕微上升趨勢。②對輪進(jìn)行相應(yīng)改造，并在此基礎(chǔ)上加裝重量為550 g 且角度為350° 的配重塊。試運(yùn)行的結(jié)果顯示，軸承振動(dòng)大幅下降，然而1 號軸承軸頸振動(dòng)卻不降反增。③對發(fā)電機(jī)兩側(cè)進(jìn)行改造，在3 號軸承一側(cè)加裝重量為300 g 且角度為315° 的配重塊，而在4 號軸承上則加裝重量為300 g 且角度為135° 的配重塊。最后，軸系各點(diǎn)的振動(dòng)都有了明顯降低，平衡效果十分理想。經(jīng)過上述處理之后，在正常工況下檢查汽輪機(jī)瓦軸的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)滿負(fù)荷狀態(tài)下1 號軸承軸頸的水平偏移僅為134 μm，垂直偏移約為122 μm，此時(shí)最小油膜厚度達(dá)到了138 μm，完全符合安全生產(chǎn)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 汽輪機(jī)軸瓦磨損問題

在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，軸瓦失效是一種較普遍的異?，F(xiàn)象，其主要根源可以歸結(jié)于如下方面。

2.4.1 軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)速度

依據(jù)科學(xué)分析，汽輪機(jī)軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)速度被確立為評價(jià)油膜效能的核心指標(biāo)。轉(zhuǎn)速較低時(shí)，所生成的油膜質(zhì)地單薄且負(fù)載能力不足。隨著轉(zhuǎn)速攀升，油膜逐漸增厚，負(fù)載能力也隨之大幅提高，這一現(xiàn)象可由公式（1）進(jìn)行精確描述。

由式（1）可知，C 值為500MPa～600MPa 可保證軸承穩(wěn)定的流體動(dòng)力潤滑，否則難于形成穩(wěn)固且具厚度的潤滑油膜。對于汽輪機(jī)這類設(shè)備，停啟過程中常處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速低于153 r/min 時(shí)，C值過低，油膜穩(wěn)定性降低，易受外界干擾（如油溫波動(dòng)、振動(dòng)等）導(dǎo)致油膜破裂，引發(fā)干摩擦，造成軸瓦磨損和表面粗糙化。為解決此問題，可在設(shè)備停啟期間適度提升轉(zhuǎn)速，改善潤滑效果，避免因無油膜保護(hù)而產(chǎn)生的摩擦損傷。另外，在汽輪機(jī)組頂部安裝頂軸油泵，高壓潤滑油注入軸頸下方，輕微抬升軸頸，抬升高度約0.05 mm，有助于減少設(shè)備磨損?；蛟诓挥绊懮a(chǎn)的情況下，向潤滑油中添加抗磨節(jié)能劑，該添加劑能快速在軸瓦表面形成吸附膜，強(qiáng)化軸頸防護(hù)，防止磨損。

2.4.2 硬質(zhì)雜質(zhì)顆粒

硬粒子是導(dǎo)致汽輪機(jī)軸承瓦磨損失效的主要原因。研究表明，當(dāng)微粒的直徑達(dá)到油膜厚度的1/10 時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生明顯的磨損。該顆粒在水動(dòng)力作用下極易積累，當(dāng)其進(jìn)入潤滑介質(zhì)后，會(huì)顯著改變材料的動(dòng)態(tài)承載性能，造成材料表面的劇烈磨損和疲勞破壞，從而縮短材料的使用壽命。此外，固體粒子還會(huì)造成空氣滯留、氣泡生成及氧化損傷，使薄膜的強(qiáng)度發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成薄膜的破壞。如一家公司的一臺(tái)汽輪機(jī)組在使用過程中發(fā)生了軸承金屬溫升升高、軸瓦鎢金碎裂等事故。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，發(fā)現(xiàn)發(fā)生磨瓦損壞的軸承表面都有很深的劃痕，而在沒有被碾壓的部位也有劃痕，因此可以推斷，機(jī)油中存在著大量的微粒。隨后的油樣分析也證明了這種看法：原油中含有大量的機(jī)械雜質(zhì)。為防止此類問題再次發(fā)生，提出了以下對策：①加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的環(huán)境治理，對設(shè)備進(jìn)行拆卸清理，對油路系統(tǒng)的管路進(jìn)行布置，所有的節(jié)點(diǎn)都要用100% 氬弧焊接；②確保機(jī)油循環(huán)壓力，特別是焊接接頭、三通和彎頭等處的振動(dòng)頻率，促使機(jī)器垃圾迅速排出；③加強(qiáng)油箱的清洗和管理，如有需要，可以對油箱實(shí)施獨(dú)立的大流量回收。

2.4.3 軸瓦磨損的換瓦處理案例

某電企在裝配軸承瓦片時(shí)，因頂隙過小，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)過程中下半部瓦片遭受嚴(yán)重磨損，而上半部卻未受波及。檢測及測算結(jié)果顯示，軸頸與測規(guī)（橋規(guī)）間隙為0.65 mm，而測規(guī)實(shí)際測量值為0.62 mm。經(jīng)溫度修正后，推算所得的瓦片磨損度為0.11 mm。測規(guī)測量示意如圖2 所示。

鑒于軸承安裝原始數(shù)據(jù)不足且存在重大安全隱患（軸承負(fù)荷分配失調(diào)，導(dǎo)致軸系震動(dòng)），該襯瓦最終更換，替換后保證軸承頂部間隙在0.55～0.65 mm，軸承壓蓋緊力在0.02～0.05 mm，以保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，以2023 年7 月1 日二期5 號汽包水位異常跳閘為實(shí)例進(jìn)行分析：在首次跳閘惰走過程中，5 號機(jī)組瓦溫出現(xiàn)波動(dòng)；再次啟動(dòng)時(shí)，瓦溫急劇上升，達(dá)到174.42℃。據(jù)此推測，可能是2 號軸瓦磨損所致。隨后，對主油箱回油濾網(wǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)大量鎢金殘?jiān)?。進(jìn)一步觀察2 號軸瓦溫度變化曲線及油箱回油濾網(wǎng)上的鎢金碎屑，確認(rèn)2 號軸瓦已嚴(yán)重磨損，需更換瓦塊。在更換軸承瓦塊時(shí)，適當(dāng)調(diào)整2 號軸承負(fù)荷，減輕其承受壓力。

3 結(jié)束語

關(guān)于汽輪機(jī)軸瓦故障的誘發(fā)原因眾多且復(fù)雜多變，可以依據(jù)汽輪機(jī)軸瓦當(dāng)下的真實(shí)狀況和運(yùn)行情況，采用精準(zhǔn)獨(dú)特的診斷分析方法，對可能導(dǎo)致此類故障的成因進(jìn)行逐一細(xì)致的篩選和認(rèn)定。通過這樣的過程，可快速而又果斷地采取相應(yīng)的措施來修復(fù)汽輪機(jī)軸瓦，使之重新恢復(fù)到正常穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。文章深入淺出地剖析了汽輪機(jī)軸瓦常見的故障類型及相應(yīng)的檢修措施，其研究成果對于提高汽輪發(fā)電機(jī)組的安全性和可靠性具有深遠(yuǎn)且重大的價(jià)值和意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭雅冬. 汽輪機(jī)軸瓦的常見故障及檢修技術(shù)分析[J]. 電工技術(shù)，2023（14）：118-120.