密切爾推力軸承故障原因分析與處理

潘世漢，盧建中

（臺(tái)州發(fā)電廠，浙江 臺(tái)州 318016）

125 MW機(jī)組通常采用單獨(dú)的、具有自位球面的密切爾式推力軸承。這種推力軸承由球面座（或稱瓦枕）、瓦塊安裝環(huán)、推力瓦塊、進(jìn)油擋油環(huán)、回油擋油環(huán)等部件組成，見圖1，其特點(diǎn)是：推力瓦塊的背面為線支承，依靠其背面的銷孔，將瓦塊安裝在球面安裝環(huán)的銷釘上，瓦塊在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以圍繞銷釘略微傾斜，與推力盤之間構(gòu)成一定角度而形成油楔。瓦塊安裝環(huán)與球面座之間采用球形配合，由于球面安裝環(huán)具有自位調(diào)整功能，可保持各瓦塊始終處于均勻受力狀態(tài)。

圖1 密切爾式推力軸承結(jié)構(gòu)示意圖

密切爾推力軸承雖具有上述特點(diǎn)，但由于是早期設(shè)計(jì)，對裝配工藝和運(yùn)行時(shí)的自位調(diào)整能力要求較高，也容易出現(xiàn)問題。臺(tái)州發(fā)電廠4臺(tái)125 MW機(jī)組、溫州發(fā)電廠2臺(tái)125 MW機(jī)組、福建邵武發(fā)電廠1臺(tái)125 MW機(jī)組推力軸承均出現(xiàn)過推力溫度偏高現(xiàn)象。對該類故障的原因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)處理措施，可為同型機(jī)組提供參考。

1 故障原因分析及處理

1.1 瓦塊測溫元件異常

密切爾推力軸承瓦溫測量孔由瓦塊出油側(cè)鉆孔而成，測溫孔在烏金表面以下2～3 mm處。當(dāng)出現(xiàn)以下問題時(shí)，就會(huì)使瓦溫測量異常：測溫元件引出線絕緣損壞（老化或斷裂）產(chǎn)生短路；引出線老化后再經(jīng)往復(fù)活動(dòng)，致使導(dǎo)線斷裂而造成開路；因安裝或布置不當(dāng)使引出線與元件之間拉得過緊，妨礙瓦塊的自由擺動(dòng)等。以臺(tái)州發(fā)電廠1號機(jī)為例，1號機(jī)大修投運(yùn)后推力軸承溫度一直穩(wěn)定在75℃以下。8月31日，機(jī)組負(fù)荷135 MW，非工作面推力瓦第7點(diǎn)溫度升高至104.4℃，而相鄰的第6，8點(diǎn)溫度則為52.2℃、54.4℃，軸向位移為-0.01 mm。為便于分析，將負(fù)荷降至100 MW，第7點(diǎn)溫度為104.2℃，基本不變，第6，8點(diǎn)溫度為49.9℃、51.2℃，軸向位移+0.01 mm。后將負(fù)荷回到135 MW運(yùn)行時(shí)，潤滑油溫40.7℃，軸向位移為-0.05 mm，非工作面回油溫度55.1℃，第7點(diǎn)溫度從105℃升高至164.6℃，而第6，8點(diǎn)溫度則為50.1℃，52.4℃。查閱歷史曲線，發(fā)現(xiàn)自8月20日開始，推力瓦第7點(diǎn)溫度從65℃逐漸升高，至24日出現(xiàn)突變，從94℃升至101℃，30日又突然降低至94℃。

根據(jù)上述情況，可以認(rèn)為是測溫元件故障導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。電廠儀控人員將非工作面第7點(diǎn)與其他測點(diǎn)測量通道進(jìn)行調(diào)換，對卡件等測量元件進(jìn)行處理后，第7點(diǎn)溫度迅速降低至93℃。

1.2 增容機(jī)組軸向推力增大

臺(tái)州發(fā)電廠、溫州發(fā)電廠自2000年開始陸續(xù)對多臺(tái)125 MW機(jī)組汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行技術(shù)改造，改造后推力軸承仍然保留原密切爾式，且受力面積不變。改造時(shí)主要考慮提高氣動(dòng)熱力性能，對于汽輪機(jī)在運(yùn)行中可能產(chǎn)生的最大推力、原推力瓦允許承受的推力，以及抽汽量、汽封間隙變化對軸向推力的影響等問題考慮較少。因此，改造后不同程度地產(chǎn)生了由于軸向推力變化過大導(dǎo)致推力瓦塊溫度偏高現(xiàn)象。以臺(tái)州發(fā)電廠2號機(jī)為例，改造后機(jī)組負(fù)荷為135 MW時(shí)，軸向位移為+0.64 mm，靠近下部的推力瓦工作面第9，10點(diǎn)溫度分別為103℃、98℃，明顯超標(biāo)。

為降低推力瓦溫度，在排除推力軸承本身問題及檢修安裝等因素之后，經(jīng)計(jì)算決定將軸向推力減少4 t。利用檢修機(jī)會(huì)，將2號機(jī)第2-6級共5級葉輪平衡孔用反旋堵頭堵死。啟機(jī)后，負(fù)荷達(dá)到135 MW時(shí)，第9，10點(diǎn)推力瓦溫分別為55℃、65℃，軸向位移-0.02 mm，情況良好。

隨后改造的臺(tái)州發(fā)電廠4號機(jī)組，根據(jù)2號機(jī)堵孔后的運(yùn)行情況，確定在平衡孔后安裝反旋堵頭以減小軸向推力。對溫州發(fā)電廠、長興發(fā)電廠改造情況進(jìn)行調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)堵掉5級葉輪平衡孔之后，運(yùn)行中存在推力瓦溫、軸向位移或差脹超標(biāo)現(xiàn)象。鑒于此，臺(tái)州發(fā)電廠決定將4號機(jī)第6級葉輪反旋堵頭取消，保留其余4級。啟機(jī)后，135 MW時(shí)第9，10點(diǎn)溫度分別為82℃、68℃，軸向位移+0.08 mm，未發(fā)現(xiàn)其它異?，F(xiàn)象。

1.3 推力軸承供油量不足

福建邵武發(fā)電廠2號機(jī)組投運(yùn)3年多，正常運(yùn)行時(shí)各參數(shù)穩(wěn)定，修前推力瓦非工作面金屬溫度最高為86℃。由于檢修人員未獲悉新機(jī)組試運(yùn)時(shí)曾出現(xiàn)推力瓦溫異?，F(xiàn)象，檢修期間按常規(guī)工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。啟機(jī)后機(jī)組沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min時(shí)，非工作面上部的第4點(diǎn)瓦塊溫度上升到90℃，啟動(dòng)交流油泵后，瓦溫略降并維持在88℃左右，帶負(fù)荷至100 MW時(shí)第4點(diǎn)溫度最高96.4℃。停機(jī)檢查確認(rèn)推力盤表面無明顯劃痕和毛刺。重新檢測各推力瓦塊厚度偏差、瓦塊烏金面接觸面積、推力盤與出油擋油環(huán)之間徑向間隙、左右旋擋油圈間隙均在標(biāo)準(zhǔn)范圍，非工作面進(jìn)油腔、油管路、油系統(tǒng)濾網(wǎng)、瓦塊背部擺動(dòng)面、銷釘及銷釘孔、軸承座、安裝環(huán)中分面等各處均無異常。最終發(fā)現(xiàn)非工作面安裝環(huán)的球面圓周上10只進(jìn)油槽的深度、寬度均明顯不符要求（近乎沒有開槽），與球面座組合后，每只進(jìn)油口間隙均只有2～3 mm，從而導(dǎo)致全周進(jìn)油量大幅減少。將非工作面安裝環(huán)重新加工開槽，然后與球面座組合并確認(rèn)進(jìn)油口符合進(jìn)油要求。啟機(jī)帶滿負(fù)荷時(shí)，推力瓦塊最高溫度為75℃左右，滿足了進(jìn)油要求。

分析認(rèn)為，由于在加工、質(zhì)量驗(yàn)收、基建安裝等環(huán)節(jié)未嚴(yán)格把關(guān)，導(dǎo)致試運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)推力瓦溫度偏高現(xiàn)象。由于未找到根本原因，處理時(shí)只能通過調(diào)整上下墊片厚度及修刮各瓦塊厚度來改變推力瓦塊的全周受力狀況，使得非工作面瓦塊在進(jìn)油量明顯不足的情況下，仍能維持金屬溫度在可以接受的范圍。

1.4 推力軸承自位調(diào)整性能差

推力瓦塊與推力盤的平行度是保證瓦塊受力均勻的必要條件，主要依靠推力瓦安裝環(huán)與球面座自位調(diào)整實(shí)現(xiàn)。當(dāng)安裝環(huán)球面接觸不良、安裝環(huán)定位銷或定位銷孔變形、安裝環(huán)與推力瓦球面座本身存在一定變形等因素引起其自位調(diào)整不良時(shí)，摩擦力增大，再加上推力瓦塊和推力瓦安裝環(huán)的自重（如材料選擇不當(dāng)，自重增加），推力瓦安裝環(huán)向上移動(dòng)的位移量很小，易造成推力軸承自位調(diào)整性能差、整體瓦塊受力不均。

臺(tái)州發(fā)電廠5號機(jī)通流改造后，運(yùn)行時(shí)推力軸承工作面第8點(diǎn)溫度從97℃快速上升至107℃，多次停機(jī)并按常規(guī)檢修工藝處理，但均未徹底解決。經(jīng)分析，排除了油中帶水、鐵屑或雜物帶入、軸承進(jìn)油口遺留雜物、結(jié)合面定位銷變形、安裝環(huán)或球面座變形、安裝環(huán)或球面座上下錯(cuò)位等因素，最后認(rèn)為推力瓦安裝環(huán)自位調(diào)整存在問題。經(jīng)征求各方意見，最終采納了在安裝環(huán)底部加裝彈簧片的方法（見圖2），即利用彈簧彈力抵消推力瓦塊和推力瓦安裝環(huán)的重量，改變安裝環(huán)重心位置，避免安裝環(huán)的不合理下沉。

圖2 推力軸承加裝彈簧片示意圖

臺(tái)州發(fā)電廠5號機(jī)組、溫州發(fā)電廠1號和2號機(jī)組都通過加裝彈簧片降低推力瓦金屬溫度，均取得了理想的效果。

2 故障時(shí)的臨時(shí)應(yīng)對

采取上述各種措施仍無法降低瓦塊溫度至正常范圍，而且又不允許停機(jī)處理時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，通過潤滑油溫和潤滑油量調(diào)節(jié)、高壓軸封汽壓力調(diào)整、單閥多閥切換、供熱或備用汽切換、改變運(yùn)行工況等臨時(shí)手段，盡量保證瓦塊溫度在正常限額范圍內(nèi)。

臺(tái)州發(fā)電廠2號機(jī)在未安裝平衡孔堵頭之前，瓦塊溫度一直偏高，運(yùn)行人員通過提高潤滑油溫度使推力瓦塊溫度降低了5～6℃。分析認(rèn)為，潤滑油溫提高后，油粘度相應(yīng)降低，油膜厚度減薄，各瓦塊的承載力重新分配，同時(shí)潤滑油量會(huì)隨油粘度降低而相應(yīng)增加，最終使各瓦塊的金屬溫度趨近。但這種方法也存在風(fēng)險(xiǎn)，對個(gè)別有缺陷的瓦塊 （包括烏金面有劃痕、毛刺、鐵屑嵌入等）來說，提高潤滑油溫后，由于油膜厚度減薄，易導(dǎo)致瓦塊烏金面磨損發(fā)熱，個(gè)別瓦塊溫度可能會(huì)不降反升。潤滑油溫提高過多時(shí)，還會(huì)影響各支持軸承的安全運(yùn)行。另外，提高潤滑油溫對降低推力瓦塊溫度可能存在一定偶然性。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在運(yùn)行中打開軸承座觀察窗，通過調(diào)節(jié)推力軸承回油孔螺釘以適當(dāng)增大回油量（正反向推力瓦都可以調(diào)節(jié)），可降低瓦塊溫度 1～2℃。

3 結(jié)語

造成推力軸承溫度高的原因較多，通常應(yīng)先檢測測溫元件有無異常，可通過分析負(fù)荷與瓦塊溫度之間的關(guān)系曲線以及相鄰?fù)邏K之間的溫度變化幅度來確定。在逐一排除引線端子接觸不良、溫度輸入信號隔離器故障、導(dǎo)線絕緣層磨破造成信號回路接地等儀控回路因素后，再考慮機(jī)務(wù)環(huán)節(jié)。

推力軸承的進(jìn)出油溫升通常規(guī)定不超過12～15℃。由于推力軸承總進(jìn)油量中只有一小部分流過推力盤和瓦塊之間，推力軸承進(jìn)出油溫升并不能準(zhǔn)確反映每一個(gè)瓦塊的工作狀態(tài)，所以運(yùn)行中應(yīng)謹(jǐn)慎使用這一監(jiān)視手段。

規(guī)程規(guī)定推力瓦塊正常溫度≤90℃，極限許可溫度為97℃。由于推力軸承的結(jié)構(gòu)、瓦塊數(shù)、滑動(dòng)速度、滑動(dòng)面的光潔度、潤滑油的質(zhì)量、瓦塊材料、表面修刮及裝配質(zhì)量等因素的不同，金屬溫度實(shí)際許可值有很大差別，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定推力瓦塊的金屬溫度限額，以避免造成不必要的負(fù)荷限制及停機(jī)。

通過加裝彈簧片解決推力瓦自位能力時(shí)一定要慎重，應(yīng)慮及安裝彈簧片可能帶來的其它問題。如當(dāng)主軸撓度發(fā)生較大變化時(shí)，安裝環(huán)可能由于受下部彈簧片與上部止頂銷的限制，無法使12個(gè)瓦塊隨推力盤自動(dòng)偏移，造成自位調(diào)整功能失效。

[1]潘世漢.N135 MW汽輪機(jī)軸承溫度異常分析與預(yù)防措施[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào).2006，22（1）:9-12.

[2]俞炳豐，王志剛，蔣立軍，等.基于導(dǎo)熱反問題分析的推力軸承瞬態(tài)油膜溫度監(jiān)控方法[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào).2001，35（3）:225-228.