空压机组汽轮机轴位移高故障原因分析与处理

宋 威

（新疆维美化工有限责任公司，新疆 库尔勒 841000）

空压机组汽轮机轴位移高故障原因分析与处理

宋 威

（新疆维美化工有限责任公司，新疆 库尔勒 841000）

针对汽轮机轴位移开车后持续增高问题，通过对机组检查测量与分析判断，发现推力轴承座偏斜导致推力轴承的偏磨是轴位移持续增长的主要原因，并采取了针对性措施进行检修调整，解决了轴位移持续增高的问题。

汽轮机；轴向力；推力轴承；轴位移

维美化工一期空分装置是美克化工园上游装置，为下游装置提供氧气和氮气，一期空压机组汽轮机为杭州汽轮机股份公司产NK30/32/30-3DA型单缸正常进汽参数凝汽式汽轮机，其额定参数是：额定输出功率5324kW，进汽压力3.9MPa（a），温度420℃，进汽量6.71kg·s-1，排汽压力0.009MPa（a），额定转速7510r·min-1。一期空分装置自2008年开车运行以来，轴位移运行半年就从开车时的0.26mm涨至0.50mm左右，曾经最高一次涨至0.72mm（报警值：±0.5mm，联锁值：±0.8mm）。轴位移增长到最大值后会对转子的叶轮造成损伤，对转子、内缸喷嘴和梳齿汽封造成破坏，增加备件损耗，严重影响空压机组的安稳长运行，造成整个美克化工园每年必须停车检修，此问题困扰维美化工长达8年之久。

1 轴位移高故障原因分析

1.2 轴位移高故障原因分析

空压机组正常生产运行过程中，汽轮机转子推力盘作用在推力轴承瓦块上，依靠润滑油油膜进行润滑、降温。导致轴向推力增大的因素一般有：1）机组负荷增大导致系统进汽量增大，各级动叶片前后压差随之增大，各级动叶片轴向推力也随之增大，使得转子总轴向推力增大；2）机组运行过程中，汽封磨损导致漏汽量增大，使得各级动叶片压差增大，导致总轴向推力增大；3）蒸汽品质差导致通流部分结垢，使得各级动叶片前后压差增大，进而导致总轴向推力增大；4）机组发生水冲击事故时，会造成水堵塞汽流通道，各级动叶片前后压差增大，导致总轴向推力急剧增大。无论是哪一种原因导致轴向推力增大到破坏推力瓦块表面形成的稳定油膜，都会导致轴位移增长，造成推力瓦块损坏甚至汽轮机动静部分相互碰撞摩擦等严重设备事故。

1.1 轴位移形成原因

轴流式汽轮机在运行时，蒸汽沿轴向从高压端膨胀做功流向低压端，各级动叶片上都有偏差，加之转子不是等根径而是沿气流方向逐段增大，这就使得蒸汽在转子上产生与蒸汽汽流方向相同的推力，这个力就是转子的轴向推力。为了维持不同运行工况下汽轮机转子轴向位置的稳定性，防止发生轴向窜动，在采取平衡活塞汽封、叶轮上开平衡孔等措施以减小大部分轴向推力后，由推力轴承承担剩余的轴向推力，转子的推力盘压在推力轴承瓦块上，同时可以起到对转子的轴向定位作用。

2 轴位移高故障处理措施

对该汽轮机深入彻底地检查测量，对所存在的问题进行分析，得出结论：推力轴承座偏斜导致推力轴承偏磨，是轴位移持续增长的主要原因。根据以上结论进行分析判断，并采取针对性措施逐一修复调整。

2.1 调整找正前轴承座

前轴承座包括推力轴承座、推力轴承、径向轴承、油封以及连接件。前轴承座搁置在调整平板上，在前轴承座底面和前半支架安装面之间左右两侧各有5组调整平板。检修中发现，前轴承座本体偏斜，瓦窝间隙左右相差2mm，使用框式水平仪，利用调整螺栓使前轴承座与汽缸中心（高度方向）对中后配准调整平板厚度，通过调整前半支架边缘凸块上的顶开螺栓，使前轴承座的轴向位置（左右瓦窝间隙）左中右数据偏差控制在0.01mm以内，将前轴承座横向轴心与转子轴心重合，偏差不大于0.01mm。在前轴承座轴向位置和横向轴心调整到位后，将调整螺栓拧松直至取出，用手锁紧顶开螺栓顶住轴承座，然后锁紧地脚螺栓及前半支架与前轴承座之间的连接螺栓，保证前轴承座不偏不斜，保持轴向位置和横向轴心。

表1 瓦窝间隙调整数据记录表

2.2 修整推力轴承座调整垫片

推力轴承座与前轴承座下部之间有调整垫片，通过调节调整垫片的厚度保证推力轴承座在高度方向的中心对中，推力轴承座侧向中心对准左右两侧的导向板来达到要求。同时推力轴承座通过两根导向杆与汽缸相连，在汽轮机运行时，保证推力轴承座随着汽缸轴向热膨胀同向滑动时前轴承座中心不走动。检修时发现两片调整垫片都有明显的变形和毛刺，对调整垫片校正、打磨毛刺，保证推力轴承座在汽轮机运行时沿轴向滑动时顺畅无卡涩，避免因卡涩导致推力轴承座偏斜，确保不会因推力轴承座滑动不畅导致推力瓦块偏磨。

2.3 更换、研磨主推瓦块，调整推力间隙

推力轴承1#、2#上主推瓦块磨损0.15mm，其余6块主推瓦没有磨损，每块瓦块乌金面都有明显擦痕，没有裂纹、局部脱落和脱胎，主推瓦块存在明显偏磨现象。上次检修发现主辅推瓦块与推力盘接触面积偏小，且呈片状分布，由于上次检修至本次检修周期内装置负荷较低，主推瓦块并没有出现严重磨损情况。

原主推瓦块全部换新，将新主辅推瓦块进行研磨，保证推力瓦块和推力盘的接触面达到75%以上，并且推力瓦块表面形成均匀分布的龟背纹，确保推力盘和推力瓦块之间在运行中形成稳定、厚度适宜的润滑油油膜。检修前推力间隙为0.28mm，检修调整为0.35mm，在标准值0.30～0.38mm之内，确保汽轮机平稳运行。

2.4 清除转子结垢

将汽轮机解体后，发现动静叶片、喷嘴等通流部分大面积积盐结垢，判断结垢是由于蒸汽品质差引起。结垢导致汽轮机效率、功率降低和轴向推力增大，从而使推力轴承超负荷运行，引起推力轴承磨损和轴位移增长。经取样化验，成分主要为Na盐和少量硅酸，用湿蒸汽和高压清洗机加微量柠檬酸，分别对转子和汽缸通流部分进行清洗，清除结垢，保障汽轮机运行效率和功率。

2.5 修复调整高、中、低压级喷嘴梳齿汽封

拆除时发现高、中、低压级喷嘴梳齿汽封由于被长时间冲刷，明显磨损损坏，已经无法起到级间密封作用。汽封损坏导致漏气量增大，使得各级动叶片级间压差减小，汽轮机做功减小（相同条件下），因为要保证功率输出，控制系统将会持续开大调节汽阀，等于增加汽轮机入口的压力。在背压一定的情况下，汽轮机入口压力增加，转子轴向推力自然也会增大，导致轴位移增长。利用工具对中压缸导叶持环所有汽封进行更换与间隙调整，达到厂家要求数值（2.0～3.5mm）。

2.6 重新调整前猫爪的间隙

检修前汽缸猫爪螺栓间隙测量值为左0.01mm，右0.03mm，远低于标准值0.10～0.14mm。汽轮机正常运行膨胀会导致汽缸前轴承座中心升高，造成汽封下部间隙减小，甚至产生碰擦。检修后前汽缸猫爪螺栓间隙调整为0.11～0.12mm。

3 处理效果

自2016年5月至今，空压机组开车维持满负荷近1年，汽轮机轴位移始终保持在0.26～0.27mm之间，轴位移偏高问题得到彻底解决，完全能够满足下游生产负荷要求，为整个美克化工园安稳长运行和实现两年一修目标提供有力保障。

[1] 黄树红.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 江玉林.汽轮机设备运行及事故处理[M].北京：化学工业出版社，2005.

[3] 甘肃省电力工业局，等.汽轮机设备运行技术[M].北京：中国电力出版社，1995.

[4] 山西省电力工业局.汽轮机设备检修：中级工[M].北京：中国电力出版社，1997.

Cause Analysis and Treatment of High Displacement of Turbine Shaft of Air Compressor

SONG Wei
(Xinjiang Weimei Chemical Co. Ltd., Korla 841000, China)

TH 453

B

1671-9905(2017)08-0063-02

宋威(1987-)，男，新疆库尔勒市人，学士，助理工程师，从事化工设备管理工作。电话：13319077297，E-mail:183076436@qq.com

2017-05-08