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汽轮机停机过程中轴承金属温度异常升高的分析与处理

发布时间:2021-02-21
摘 要:汽轮机椭圆轴承在运行期间常存在轴承温度偏高的问题,对轴承承载区结构的分析发现设计负载下的轴承金属温度偏高,主要是由于轴承承载区的相对侧隙较小,导致润滑油流量偏小。通过适当提高该区域的进油流量,可使轴承的金属温度明显降低。
关键词:汽轮机;轴承;温升;对策
一、引言
轴承是汽轮机本体的重要组成部分,种类和型式很多,主要用来确定转子在汽缸中的正确位置并承受转子的全部静载荷和动载荷。轴承工作运行参数用轴承振动、轴瓦振动、轴承金属温度和回油温度等参数衡量,这些轴承的参数关系到机组的安全可靠性。
1、轴承金属温度偏高原因
1.1温度测点误报
电厂的事故分析首先要确认各测点的测定值是否准确,在确认不是测点误报后才能进一步分析问题发生的原因。
轴承金属温度测点因安装在轴承内,不易取出,难以观察损坏情况。但轴承金属温度的高低对汽轮机的正常运行非常重要,因此在轴承金属温度测点处一般均安装了双支热电偶。如果轴承金属温度发生变化,则相应的双支热电偶温度数值应该同向变化,并且相差很小,所以从双支热电偶的2个测定值就能判断是否属于温度测点误报。
1.2润滑油温升高
润滑油在轴承中的作用除了形成油楔外,还同时用于轴承冷却,即润滑油在循环过程中不断带走轴承摩擦所产生的热量,从而保持轴承温度稳定,因而润滑油温度的升高会在一定程度上减弱润滑油冷却作用,使得轴承金属温度升高。而润滑油温度的升高会显著降低润滑油黏度,降低轴承中润滑油油楔刚度和厚度,导致油膜承载力减小,最终可能会发生油楔破裂。一旦油楔发生破裂,将产生所谓的混合摩擦,轴承金属温度立刻上升,严重时会发生咬合现象。
1.3润滑油油质差
如果润滑油中混有杂质就可能影响油膜的正常形成,而且杂质颗粒还会划伤金属表面,发生所谓的磨粒磨损,而磨粒磨损是滑动轴承最常见的失效形式。在动压轴承中,线状伤痕往往会引起润滑油泄漏,破坏油膜,降低轴承承载能力。杂质对轴承的影响取决于杂质颗粒的大小。
1.4球面销或垫片卡涩
可倾瓦轴承背部有一个球面销,装配时会配上相应的垫片。设置球面销目的是为了应对轴承运行条件的变化,通过调整油楔让轴承具有自动对中功能,增强轴承的稳定性。如果球面销或垫片出现问题,可倾瓦会卡涩,将造成轴承下半部可倾瓦载荷分配不均匀、局部载荷偏高、润滑油油楔厚度降低等,导致轴承和轴颈混合摩擦,轴承金属温度升高。
1.5顶轴油系统故障
汽轮机启动过程中因转速未达到一定数值,无法形成压力油楔,轴承尚不能支承轴颈,因而规定在转速低于1200r/min时必须开启顶轴油泵以托起轴颈。同样汽轮机停机后,若转速低于1200r/min,必须自动开启顶轴油泵,以防轴颈和轴承间的直接摩擦。为节省投资,部分电厂因高中压(合)缸相比低压缸较轻,其顶轴油系统未设置高中压缸轴承的顶轴油,运行过程中均相继出现低速碾瓦现象,而对高中压缸进行顶轴油改造后都不再出现此现象。
1.6汽轮机临界转速
汽轮机处在过临界转速(一般都是一阶临界转速,因为二阶临界转速已经超过3000r/min以上)时会导致振动显著增大。如果此时轴承润滑油楔建立不好,有可能会因振动增大而导致磨瓦。
2、影响轴承温度偏高的因素分析
2.1轴承温度与润滑油温升的关系
轴承运行时的总进油量主要由承载区流量、非承载区流量、供油槽附加流量3个部分组成。非承载区流量和供油槽附加流量主要对轴颈和轴瓦的非承载区进行冷却;承载区流量主要对轴颈、轴承承载部位起润滑和冷却作用。轴承承载区的润滑油温升主要与其流量、功耗有关,承载区的润滑油温升大小与轴承温升直接相关,承载区的润滑油温升越高,轴承温升也越高。
2.2轴承进油区及承载区结构
对于椭圆轴承,轴承的进油区截面积与轴承的相对侧隙直接相关。椭圆轴承的相对侧隙一般为0.2%,相对顶隙为0.15%。由于进油管口直径大于回油管口直径,在轴承左侧形成一个压力相对稳定的进油区B,润滑油在转子摩擦力的作用下向承载区A流动;其中有部分润滑油在该过程中通过转子与轴承的侧隙流出轴承,其余润滑油进入承载区A,对轴承底部承载区起主要润滑和冷却作用。
3、汽轮机轴承金属温度偏高的对策
3.1运行方面
加强机组启停、正常运行期间主机振动、轴承金属温度、供回油温度、油膜压力等参数的监视和记录,尤其要做好油膜压力的巡视、检查和参数分析工作。设置典型机组工况参数,定期对比分析;尤其重视汽轮机调速汽门控制方式优化,既考虑轴承载荷又要考虑转子稳定性。
3.2检修工艺
汽轮机轴承检修后轴承载荷、各部间隙、进油流量、接触面积、轴承紧力、轴系扬度、轴承标高等符合检修工艺规程。尤其是轴承承载力按照设计负荷进行分配,轴承重载比轴承轻载,抗汽流激振性能强,提高轴承的稳定性。机组A级检修时,应将顶轴油管检查列入标准检查项目,发现缺陷,及时处理。顶轴油管采用液压软管的,宜在A级检修时进行更换。顶轴油管采用不锈钢管的,机组A级检修时,应重点对焊口进行着色检验。
3.3设计方面
落实能源局颁布的二十五项反措要求汽轮机润滑油系统设置主油箱油位低保护。新建汽轮机安装技术协议要求顶轴油管采用不锈钢管,且必须安装逆止阀,安装前对顶轴油管要进行金属检验。汽轮机选型与制造厂商榷,采用喷嘴调节的汽轮机高压转子宜采用可承受水平力的可倾瓦轴承。
4、轴承温度高的处理措施及效果
将轴承进油区设计出一个附加进油区,附加进油区深度0.30mm、长度250mm、宽度比进油区宽度小40mm。沿该区域(D区域)修刮出一个抛物曲线面进油油囊,增加承载区进油量,而不增加非承载区的泄漏量。处理后的轴承进油区D区域相对侧隙增加31.58%(保持轴承的端泄漏量不变),理论上可以使润滑油温升降低1.66K。经过实际运行验证,轴承的温升降低更为明显。轴承在经过增加相对侧隙后,8号轴承温度在各个工况的温度比处理前降低4.8~7.1K、轴承温升率降低9.78%~11.46%(以润滑油进入进油区温度50℃为基础)。
由于轴承的宽径固定,继续增加附加进油区的深度对轴承温度的降低效果会越来越不明显,且增加轴承的相对侧隙会降低转子的失稳角速度,影响转子的运行可靠性。8号轴承的相对侧隙由0.314%增加到0.3925%,其转子的失稳角速度会由725.73S1降低到639.14S,失稳转速由6930.17r/min降低到6103.36r/min,虽然其校核转速仍然为2.034,高于要求值1.25,轴承运行的安全系数还是会有一定程度的降低。增加附加进油区深度的处理方式主要在轴承相对侧隙较小的状况下使用效果较好,但必须保证转子的校核转速高于要求值。
三、结束语
当汽轮机椭圆轴承出现轴承温度偏高的主要原因是轴承进油侧相对侧隙偏小导致轴承承载区润滑油流量较小,处理时建议参考以下方式:
(1)如相邻轴承之间的跨度较小,可以采用调整轴承标高的方法降低轴承运行温度。
(2)轴承标高调整的条件受限时且在保证轴承校核转速可靠的前提下,可以采取将轴承下半部分的进油区部位增加轴承的局部相对侧隙,保证轴承端泄漏量不增加时可以对轴承内的承载区和非承载区用油量进行重新分配,增加轴承承载区进油量,可以比较有效地降低轴承运行温度。
(来源:发电生产技术园地)


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