密切尔推力轴承故障原因分析与处理

潘世汉，卢建中

（台州发电厂，浙江 台州 318016）

125 MW机组通常采用单独的、具有自位球面的密切尔式推力轴承。这种推力轴承由球面座（或称瓦枕）、瓦块安装环、推力瓦块、进油挡油环、回油挡油环等部件组成，见图1，其特点是：推力瓦块的背面为线支承，依靠其背面的销孔，将瓦块安装在球面安装环的销钉上，瓦块在运转时可以围绕销钉略微倾斜，与推力盘之间构成一定角度而形成油楔。瓦块安装环与球面座之间采用球形配合，由于球面安装环具有自位调整功能，可保持各瓦块始终处于均匀受力状态。

图1 密切尔式推力轴承结构示意图

密切尔推力轴承虽具有上述特点，但由于是早期设计，对装配工艺和运行时的自位调整能力要求较高，也容易出现问题。台州发电厂4台125 MW机组、温州发电厂2台125 MW机组、福建邵武发电厂1台125 MW机组推力轴承均出现过推力温度偏高现象。对该类故障的原因进行分析并提出相应处理措施，可为同型机组提供参考。

1 故障原因分析及处理

1.1 瓦块测温元件异常

密切尔推力轴承瓦温测量孔由瓦块出油侧钻孔而成，测温孔在乌金表面以下2～3 mm处。当出现以下问题时，就会使瓦温测量异常：测温元件引出线绝缘损坏（老化或断裂）产生短路；引出线老化后再经往复活动，致使导线断裂而造成开路；因安装或布置不当使引出线与元件之间拉得过紧，妨碍瓦块的自由摆动等。以台州发电厂1号机为例，1号机大修投运后推力轴承温度一直稳定在75℃以下。8月31日，机组负荷135 MW，非工作面推力瓦第7点温度升高至104.4℃，而相邻的第6，8点温度则为52.2℃、54.4℃，轴向位移为-0.01 mm。为便于分析，将负荷降至100 MW，第7点温度为104.2℃，基本不变，第6，8点温度为49.9℃、51.2℃，轴向位移+0.01 mm。后将负荷回到135 MW运行时，润滑油温40.7℃，轴向位移为-0.05 mm，非工作面回油温度55.1℃，第7点温度从105℃升高至164.6℃，而第6，8点温度则为50.1℃，52.4℃。查阅历史曲线，发现自8月20日开始，推力瓦第7点温度从65℃逐渐升高，至24日出现突变，从94℃升至101℃，30日又突然降低至94℃。

根据上述情况，可以认为是测温元件故障导致测量结果不准确。电厂仪控人员将非工作面第7点与其他测点测量通道进行调换，对卡件等测量元件进行处理后，第7点温度迅速降低至93℃。

1.2 增容机组轴向推力增大

台州发电厂、温州发电厂自2000年开始陆续对多台125 MW机组汽轮机通流部分进行技术改造，改造后推力轴承仍然保留原密切尔式，且受力面积不变。改造时主要考虑提高气动热力性能，对于汽轮机在运行中可能产生的最大推力、原推力瓦允许承受的推力，以及抽汽量、汽封间隙变化对轴向推力的影响等问题考虑较少。因此，改造后不同程度地产生了由于轴向推力变化过大导致推力瓦块温度偏高现象。以台州发电厂2号机为例，改造后机组负荷为135 MW时，轴向位移为+0.64 mm，靠近下部的推力瓦工作面第9，10点温度分别为103℃、98℃，明显超标。

为降低推力瓦温度，在排除推力轴承本身问题及检修安装等因素之后，经计算决定将轴向推力减少4 t。利用检修机会，将2号机第2-6级共5级叶轮平衡孔用反旋堵头堵死。启机后，负荷达到135 MW时，第9，10点推力瓦温分别为55℃、65℃，轴向位移-0.02 mm，情况良好。

随后改造的台州发电厂4号机组，根据2号机堵孔后的运行情况，确定在平衡孔后安装反旋堵头以减小轴向推力。对温州发电厂、长兴发电厂改造情况进行调研后，发现堵掉5级叶轮平衡孔之后，运行中存在推力瓦温、轴向位移或差胀超标现象。鉴于此，台州发电厂决定将4号机第6级叶轮反旋堵头取消，保留其余4级。启机后，135 MW时第9，10点温度分别为82℃、68℃，轴向位移+0.08 mm，未发现其它异常现象。

1.3 推力轴承供油量不足

福建邵武发电厂2号机组投运3年多，正常运行时各参数稳定，修前推力瓦非工作面金属温度最高为86℃。由于检修人员未获悉新机组试运时曾出现推力瓦温异常现象，检修期间按常规工艺标准进行处理。启机后机组冲转至3 000 r/min时，非工作面上部的第4点瓦块温度上升到90℃，启动交流油泵后，瓦温略降并维持在88℃左右，带负荷至100 MW时第4点温度最高96.4℃。停机检查确认推力盘表面无明显划痕和毛刺。重新检测各推力瓦块厚度偏差、瓦块乌金面接触面积、推力盘与出油挡油环之间径向间隙、左右旋挡油圈间隙均在标准范围，非工作面进油腔、油管路、油系统滤网、瓦块背部摆动面、销钉及销钉孔、轴承座、安装环中分面等各处均无异常。最终发现非工作面安装环的球面圆周上10只进油槽的深度、宽度均明显不符要求（近乎没有开槽），与球面座组合后，每只进油口间隙均只有2～3 mm，从而导致全周进油量大幅减少。将非工作面安装环重新加工开槽，然后与球面座组合并确认进油口符合进油要求。启机带满负荷时，推力瓦块最高温度为75℃左右，满足了进油要求。

分析认为，由于在加工、质量验收、基建安装等环节未严格把关，导致试运行时出现推力瓦温度偏高现象。由于未找到根本原因，处理时只能通过调整上下垫片厚度及修刮各瓦块厚度来改变推力瓦块的全周受力状况，使得非工作面瓦块在进油量明显不足的情况下，仍能维持金属温度在可以接受的范围。

1.4 推力轴承自位调整性能差

推力瓦块与推力盘的平行度是保证瓦块受力均匀的必要条件，主要依靠推力瓦安装环与球面座自位调整实现。当安装环球面接触不良、安装环定位销或定位销孔变形、安装环与推力瓦球面座本身存在一定变形等因素引起其自位调整不良时，摩擦力增大，再加上推力瓦块和推力瓦安装环的自重（如材料选择不当，自重增加），推力瓦安装环向上移动的位移量很小，易造成推力轴承自位调整性能差、整体瓦块受力不均。

台州发电厂5号机通流改造后，运行时推力轴承工作面第8点温度从97℃快速上升至107℃，多次停机并按常规检修工艺处理，但均未彻底解决。经分析，排除了油中带水、铁屑或杂物带入、轴承进油口遗留杂物、结合面定位销变形、安装环或球面座变形、安装环或球面座上下错位等因素，最后认为推力瓦安装环自位调整存在问题。经征求各方意见，最终采纳了在安装环底部加装弹簧片的方法（见图2），即利用弹簧弹力抵消推力瓦块和推力瓦安装环的重量，改变安装环重心位置，避免安装环的不合理下沉。

图2 推力轴承加装弹簧片示意图

台州发电厂5号机组、温州发电厂1号和2号机组都通过加装弹簧片降低推力瓦金属温度，均取得了理想的效果。

2 故障时的临时应对

采取上述各种措施仍无法降低瓦块温度至正常范围，而且又不允许停机处理时，应加强运行监视，通过润滑油温和润滑油量调节、高压轴封汽压力调整、单阀多阀切换、供热或备用汽切换、改变运行工况等临时手段，尽量保证瓦块温度在正常限额范围内。

台州发电厂2号机在未安装平衡孔堵头之前，瓦块温度一直偏高，运行人员通过提高润滑油温度使推力瓦块温度降低了5～6℃。分析认为，润滑油温提高后，油粘度相应降低，油膜厚度减薄，各瓦块的承载力重新分配，同时润滑油量会随油粘度降低而相应增加，最终使各瓦块的金属温度趋近。但这种方法也存在风险，对个别有缺陷的瓦块 （包括乌金面有划痕、毛刺、铁屑嵌入等）来说，提高润滑油温后，由于油膜厚度减薄，易导致瓦块乌金面磨损发热，个别瓦块温度可能会不降反升。润滑油温提高过多时，还会影响各支持轴承的安全运行。另外，提高润滑油温对降低推力瓦块温度可能存在一定偶然性。

根据以往经验，在运行中打开轴承座观察窗，通过调节推力轴承回油孔螺钉以适当增大回油量（正反向推力瓦都可以调节），可降低瓦块温度 1～2℃。

3 结语

造成推力轴承温度高的原因较多，通常应先检测测温元件有无异常，可通过分析负荷与瓦块温度之间的关系曲线以及相邻瓦块之间的温度变化幅度来确定。在逐一排除引线端子接触不良、温度输入信号隔离器故障、导线绝缘层磨破造成信号回路接地等仪控回路因素后，再考虑机务环节。

推力轴承的进出油温升通常规定不超过12～15℃。由于推力轴承总进油量中只有一小部分流过推力盘和瓦块之间，推力轴承进出油温升并不能准确反映每一个瓦块的工作状态，所以运行中应谨慎使用这一监视手段。

规程规定推力瓦块正常温度≤90℃，极限许可温度为97℃。由于推力轴承的结构、瓦块数、滑动速度、滑动面的光洁度、润滑油的质量、瓦块材料、表面修刮及装配质量等因素的不同，金属温度实际许可值有很大差别，所以应根据实际情况确定推力瓦块的金属温度限额，以避免造成不必要的负荷限制及停机。

通过加装弹簧片解决推力瓦自位能力时一定要慎重，应虑及安装弹簧片可能带来的其它问题。如当主轴挠度发生较大变化时，安装环可能由于受下部弹簧片与上部止顶销的限制，无法使12个瓦块随推力盘自动偏移，造成自位调整功能失效。

[1]潘世汉.N135 MW汽轮机轴承温度异常分析与预防措施[J].上海电力学院学报.2006，22（1）:9-12.

[2]俞炳丰，王志刚，蒋立军，等.基于导热反问题分析的推力轴承瞬态油膜温度监控方法[J].西安交通大学学报.2001，35（3）:225-228.