610 MW机组低速碾瓦分析与顶轴油系统改造

张 庆

(上海电气电站工程公司, 上海 201199)

0 引 言

伊拉克某电厂安装两台610 MW机组(标号为#5、#6机组)，配套上海汽轮机有限公司制造生产的亚临界、中间一次再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机，型号为N610-16.7/538/538。汽轮机轴系共设有1只推力轴承和9只径向轴承,#1、#2轴承为高压缸前、后轴承，#3、#4轴承为#1低压缸前、后轴承，#5、#6轴承为#2低压缸前、后轴承，#7、#8轴承为发电机前、后轴承，#9轴承为集电环轴承。 其中#3—#8轴承处设有顶轴装置，#1、#2未设置顶轴装置。

1 事故过程及检查情况

事故当日上午05∶20，由于伊拉克外网频率高，致使#5机组汽包水位波动跳机，重新冲转时，瓦温骤升，转速在720 r/min，瓦温最高至174.42 ℃，怀疑#2轴瓦磨损，值班人员打开主油箱回油滤网检查发现存在大量钨金残屑。根据#2轴瓦温度骤升的曲线趋势和油箱回油滤网的钨金碎屑判断，#2轴瓦已经严重磨损，需要更换瓦块。

拆除#2轴承调端和励端油挡及浮动油环检查，未见磨损痕迹；吊出#2轴承上半轴瓦，发现一定量钨金堆积在轴瓦中分面和轴颈之间，并已硬化成块状，如图1所示，上半轴瓦上有几处钨金熔于瓦块，转子表面未见深度刮痕和凹槽，轴颈比较均匀细腻；通过对上半轴瓦着色检查，修刮局部多余钨金，判断上半轴瓦未有钨金磨损，未见轴瓦损伤，可不更换上半轴瓦可倾瓦块，做着色检查；翻出#2轴承下半轴瓦，发现下半轴瓦钨金明显磨损，仍有残余粘附，但磨损比较均匀，无大块钨金和明显刮痕，如图2所示，判断下半轴瓦磨损严重，需更换新可倾瓦块。综上所述，可判断#2轴承磨损原因并非油中含杂质所致。

图1 #2轴瓦轴颈处少量钨金碎屑

图2 #2轴承下半轴瓦磨损图

2 原因分析

根据设备运行记录显示，该电厂#5、#6机组汽轮机在运行的5年期间已多次出现#1轴瓦、#2轴瓦碾瓦事故，发生碾瓦时均是在惰走及启机过程的低速运行情况下发生。仅仅采取更换损坏轴瓦的方式无法彻底解决问题，相关资料显示：某同类型机组曾4次发生1号瓦油膜失稳低速碾瓦的事故，故障的现象均出现在停机后的低转速憜走时，油系统工作正常，#1轴瓦的金属温度即刻上升为150 ℃左右，后续揭瓦检查发现上、下半乌金都出现碾瓦的现象(下半严重)，随后分析故障原因为轴承在低转速情况下的油膜失稳导致低速碾瓦[1-2]。由此判断该厂#2轴瓦故障与之类似。由于轴系安装情况(扬度、敏感度)不完全一样，机组动静间隙不一样，机组运行一段时间后基础沉降不一致等原因，也会出现上述现象[3]，但并不是所有同类项目、每台机组都会出现上述现象，它即有随机性又有重复性且造成的危害也比较大，因此对这种低转速情况下油膜失稳导致低速碾瓦的现象必须采取有效措施解决。

3 解决方案

3.1 改造措施

针对伊拉克电网不稳定，易出现由外网原因造成的高频跳机情况，为了避免汽轮机启机和停机时弯曲机率发生，经研究分析，决定对现有#1、#2轴轴瓦进行改造，增加顶轴油系统，具体改造方案如下。

更换#1、#2轴承，轴承下半瓦块增设顶轴结构，在下半两个瓦块上设计合适的顶轴油囊，并在瓦块上设计加工顶轴油流道并增加顶轴油接管，改造后的轴承如图3、图4所示。可倾瓦轴承增加顶轴，需要在位于下方的两块瓦上各增加顶轴油孔及相应的静压油囊，油囊用于汽轮机在盘车装置投运过程中或者是机组停机时转子惰走过程中的油膜形成，从而降低轴瓦和轴颈产生摩擦从而造成损坏的可能，顶轴油孔的结构如图5所示。此外增加相应的顶轴油管路、逆止阀、截止阀和压力表等，并校核顶轴油泵的流量。

图3 #1轴承改造后示意图

图4 #2轴承改造后示意图

图5 顶轴油孔的结构

高中压轴承增加顶轴油后，低转速时可以减小转子与轴承之间的摩擦，对轴承和转子起保护作用,降低机组盘车时的启动转矩，使盘车更加容易；此外，可通过新增的压力表观察运行时轴承的油膜压力，方便在线监测轴承工作状态[4-5]。#1、#2轴承在增加顶轴油系统以后，可以利用顶轴油泵将压力油注入支撑面，在低速过程中强迫摩擦界面形成油膜，阻隔转子与轴承，进而降低吸附膜的荷载，确保轴承安全运行，从而达到防止低速碾瓦问题的发生。

3.2 注意事项

(1)可倾瓦轴承的低速碾瓦问题多是由于在轴承负荷分配过程中出现。通过对机组顶轴油系统进行改造，#1、#2轴承抬轴量增加的同时，#3-#8轴承的负荷也会相应进行调整，所以需要关注各轴承的运行效果。

(2)运行中及停机前应关注各轴承压力的数值，在可能出现油膜破坏的表象时，应提前制定并采取调整轴承顶轴油压力、荷载分配等可行措施，一定程度上降低磨瓦的可能性。

(3)#2轴瓦瓦壳与瓦块之间的顶轴油连接管原设计为普通不锈钢管钢性连接，建议将该顶轴油连接管改为金属软管， 以提高其抗震性能。但

金属软管也存一定的弊端，使用寿命短，一般为五年左右，需定期更换。

(4)汽轮机停机惰走过程中需要加强对各轴瓦，尤其是#1、#2瓦的金属温度下降趋势跟踪。如发现相关轴瓦温度异常升高或下降趋势出现异常，应及时调整凝汽器真空，尽量缩短惰走时间。

4 结束语

该电厂原#1、#2轴承未设计顶轴油装置，在运5年时间内#1、#2轴承多次出现碾瓦事故，经分析研究，采取在高中压轴承增加顶轴油的措施。通过顶轴油系统改造，可以有效地抬高高中压缸轴瓦在低速运行时的转子高度，优化轴系数据，降低低速碾瓦的风险，提高机组运行安全性；在一定程度下降低了顶轴油系统振动大的问题，提高了顶轴油系统设备、零部件的使用寿命，减小了日常维护工作量。