宋宏偉

(遼寧大唐國際沈東熱電有限責(zé)任公司，沈陽 110172)

汽輪發(fā)電機組推力軸承用來承受蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的剩余軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置。推力軸承工作面及非工作面均由六塊自位式推力瓦塊組成，軸向推力可通過壓塊板的擺動使各澆有巴氏合金的瓦塊表面載荷中心都處于同一平面內(nèi)[1]?；谟湍ぴ恚屏S承始終浸在壓力油中，油直接由主軸供油管道供給，當(dāng)推力盤相對瓦塊旋轉(zhuǎn)時，瓦塊進油側(cè)和推力盤間形成一定厚度的楔形油膜[2]。針對某300 MW汽輪發(fā)電機組并網(wǎng)帶負荷后， 隨著負荷增加，推力瓦非工作面金屬溫度異常升高，軸向負位移增大，結(jié)合各種試驗工況、異?，F(xiàn)象及翻瓦檢查情況，根據(jù)汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和受力分析以及推力瓦結(jié)構(gòu)特點，對比分析了3種解決方法，使推力瓦非工作面金屬溫度控制在穩(wěn)定范圍內(nèi)。

1 機組概況

某300 MW汽輪發(fā)電機組型號為N300-16.7/537/537，為一次中間再熱、單軸、沖動式、雙缸雙排汽冷凝汽式。高壓部分為1個沖動式調(diào)節(jié)級和12個反動式高壓級，中壓部分為9級反動式中壓級，低壓部分為正反向各7級反動式低壓級。為了平衡高中壓轉(zhuǎn)子的軸向推力，高壓級組和中壓級組采取反向布置，并設(shè)置了3個平衡活塞，在高壓進汽區(qū)域內(nèi)，轉(zhuǎn)子上設(shè)有高、中壓兩級平衡活塞，用來平衡高壓通流部分的軸向推力，高壓缸排汽側(cè)設(shè)有低壓平衡活塞，用以平衡中壓通流部分上的軸向推力，最后剩余較小的正向推力指向發(fā)電機端由推力瓦承擔(dān)[3]。推力瓦軸承金屬溫度99 ℃報警，107 ℃跳機。

2 升溫過程及現(xiàn)象

機組空負荷時工作面及非工作面瓦塊溫度均勻，當(dāng)機組并網(wǎng)帶負荷后， 隨著負荷增加， 非工作面的瓦塊溫度隨負荷增加而上升。其升溫過程及現(xiàn)象如下。

a.2017年11月09日，機組首次啟動，由于未帶大負荷，推力瓦溫度不高。

b.同年11月12日，機組第2次啟動，推力瓦非工作面1～4號測點溫度隨著負荷增加而上升，其中2、4號測點溫度明顯大于1、3號測點。當(dāng)負荷升至143 MW，推力瓦非工作面4號測點溫度升至95 ℃，負荷174 MW時溫度最高為104 ℃，軸位移最大為-0.56 mm。隨后，采取變真空、切高加、開高旁、切順序閥等措施，但溫度變化都不明顯，沒有較大的下降趨勢。得出結(jié)論：各運行參數(shù)的變化都無法抵消負荷增加使推力瓦溫度上升的增加量。

c. 同年11月14日，汽輪機廠決定停機翻瓦檢查。同年11月23日，翻瓦檢查，發(fā)現(xiàn)推力瓦非工作面?zhèn)€別瓦塊局部邊緣磨損，每個瓦塊都有溫度高灼燒的痕跡，上部2塊裝有溫度測點的瓦，其中心處有下凹小圓坑，同時檢查推力瓦進回油管無堵塞現(xiàn)象，兩側(cè)推力瓦塊都能自定位活動。

3 原因分析

3.1 2、4號測點金屬溫度分別高于1、3號測點的原因

推力瓦結(jié)構(gòu)及溫度測點示意圖見圖1。推力瓦潤滑油從左上方進入，沿著推力盤旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒂蛶胪邏K工作面形成一定厚度的楔形油膜, 起到潤滑和冷卻作用，從右上方排出(見圖1a)。1、 3號測點位于推力瓦邊緣(見圖1b)，推力瓦之間的間隙大，通過間隙的潤滑油流量大， 故1、3號測點冷卻較快； 而2、4號測點位于推力瓦中心(見圖1b)，溫度元件緊貼鎢金，軸向負推力增大時，引起非工作面推力間隙變小，導(dǎo)致油膜厚度變薄，非工作面冷卻油流量變小，高速旋轉(zhuǎn)摩擦溫度快速上升。

圖1 推力瓦結(jié)構(gòu)及溫度測點示意圖

3.2 推力瓦塊局部磨損的原因

推力瓦塊厚度不均，同側(cè)的各瓦塊厚度差大于0.02 mm。推力軸承安裝位置傾斜，推力瓦塊工作平面和轉(zhuǎn)子上的推力盤面不平行，致使瓦塊受力不均衡。

3.3 推力瓦塊中心形成凹坑的原因

鎢金硬度隨著溫度升高而降低，60 ℃時硬度為21.1HB，110 ℃時硬度為13.1HB，144 ℃時硬度為8.85HB[4]；溫度元件安裝于推力瓦中心，打孔深度幾乎接近鎢金，厚度??；推力瓦中心油膜壓力、溫度增高，高溫高壓下鎢金強度下降，產(chǎn)生凹坑。結(jié)合推力瓦非工作面金屬溫度、軸向負位移與負荷密切且變化趨勢一致等現(xiàn)象，經(jīng)多方分析，引起推力瓦非工作面金屬溫度異常升高的根本原因：汽輪機軸向負推力隨負荷上升而增加 (朝機頭方向)。推力瓦在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下最小油膜厚度隨轉(zhuǎn)速升高而加大，隨油溫升高而減小。軸向推力越大則油膜越薄，冷卻油量越少，溫度越高[5]。

4 處理對策及過程

4.1 處理對策

汽輪機軸向力主要由三部分組成[6]：蒸汽作用在動葉片的軸向推力；蒸汽作用在葉輪面上的軸向推力；蒸汽作用在汽輪凸肩上的軸向推力。由于反動式汽輪機動葉反動度較高，轉(zhuǎn)子的軸向推力相應(yīng)比較大，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向推力太大時，可能會造成推力軸承比壓過大，甚至引起推力瓦燒毀。為了平衡高中壓轉(zhuǎn)子的軸向推力，可采用高中壓缸反向布置、平衡活塞、剩余的軸向推力則由推力軸承受力3種方式。

為平衡汽輪機軸向負推力，可采用直接降低軸向負推力或增大正推力的方法。本文決定通過增加汽輪機軸向正推力的方法來平衡其推力，其處理的對策是：提高平衡活塞腔室壓力，從而增加中壓平衡活塞前后差壓，以增加汽輪機正推力。

圖2為高中壓平衡活塞的局部放大圖，蒸汽通過導(dǎo)管進至調(diào)節(jié)級，調(diào)節(jié)級漏汽通過高壓平衡活塞汽封環(huán)進入平衡活塞腔室，腔室中的蒸汽一部分通過中壓平衡活塞漏至中壓缸，一部分排至高壓缸排汽管。通過圖2箭頭蒸汽流向可以看出，平衡活塞腔室的壓力受3個因素影響：高壓平衡活塞漏汽量；中壓平衡活塞漏汽量；平衡活塞腔室至高壓缸排氣管的排汽量?；?個影響因素，可以用以下3個方法來提高平衡活塞腔室壓力。

a.適當(dāng)增大高壓平衡活塞汽封環(huán)間隙，從而增大調(diào)節(jié)級漏汽通過高壓平衡活塞漏汽至平衡腔室的漏汽量，進而增加平衡活塞腔室壓力。此方法需要揭缸，周期長，且新蒸汽沒有做功就通過平衡腔室排至高壓缸排汽管，降低了機組經(jīng)濟性，本文不采用。

圖2 高中壓平衡活塞示意圖

b適當(dāng)減小中壓平衡活塞汽封環(huán)間隙，從而減小平衡腔室漏汽至中壓缸的漏汽量，進而增加平衡活塞腔室壓力。此方法同樣需要揭缸，周期長，且汽封間隙減小，增加了動靜碰磨的風(fēng)險性，本文不采用。

c.在上、下高壓平衡管安裝節(jié)流孔板，減少平衡活塞腔室漏汽至高壓缸排汽管的排汽量，從而增加平衡活塞腔室壓力。節(jié)流孔板安裝簡單且安全可靠，但由于運行工況等因素影響，節(jié)流孔徑計算存在一定誤差，需多次計算更換節(jié)流孔板，增加機組啟停次數(shù)。鑒于現(xiàn)場實際情況，本文采用此方法。

4.2 處理過程

4.2.1 第1次處理過程

將上、下高壓平衡管安裝φ17.5 mm的節(jié)流孔板，節(jié)流孔孔徑底部與管道下部內(nèi)徑水平，便于疏水；修刮磨損的推力瓦塊，保證各瓦塊厚度差小于0.02 mm，調(diào)整推力瓦安裝平行度小于0.02 mm，確保推力瓦與推力盤的接觸面積在75%以上，保證各瓦塊受力均勻；重新推軸，調(diào)整推力瓦間隙為0.28 mm；用新瓦更換有凹坑的推力瓦。2017年11月28日，機組第3次啟動，推力瓦非工作面4號測點溫度隨著負荷增加而上升，負荷升至250 MW時， 4號測點溫度上升到報警值99 ℃，改造效果不明顯。

4.2.2 第2次處理過程

將上平衡管用盲板堵死，下平衡管節(jié)流孔板孔徑由φ17.5 mm改成φ6 mm。同年12月04日，機組第4次啟動，負荷升至300 MW時，推力瓦非工作面4號測點溫度逐步上升至72 ℃，經(jīng)過一段時間運行，溫度由72 ℃ 緩慢下降到62 ℃ 。同年12月06日，由于發(fā)電機故障信號跳機，第5次啟動，兩次負荷升至300 MW時，推力瓦非工作面4號測點溫度都上升至85 ℃，無下降趨勢。鍋爐吹灰階段，隨著主蒸汽溫度下降， 4號測點溫度快速上升至91 ℃，隨不穩(wěn)定因素變化明顯。

4.2.3 第3次處理過程

同年12月15日，借鍋爐水冷壁泄漏停機的機會，將下平衡管φ6 mm的節(jié)流孔板換成不帶孔的盲板堵死，同時在堵板前加疏水管路，從堵板前接到高壓缸排汽管，疏水管安裝手動門和氣動門，便于啟、停機時疏水。同年12月20日機組啟動后，負荷升至300 MW時，推力瓦非工作面4號測點溫度基本穩(wěn)定在80 ℃左右。

5 結(jié)論及建議

針對機組推力瓦非工作面金屬溫度異常升高、軸向負位移增大現(xiàn)象，結(jié)合各種試驗工況和翻瓦檢查情況，基于汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和受力分析以及推力瓦結(jié)構(gòu)特點，得出引起推力瓦非工作面金屬溫度升高的根本原因是汽輪機軸向負推力隨負荷而增大。通過翻瓦檢查，分析了各種異?，F(xiàn)象。提出降低汽輪機軸向負推力的3個方法并對比其利弊，采取減少平衡活塞腔室漏汽至高壓缸排汽量的方法來降低軸向負推力。通過3次改造，機組帶滿負荷時推力瓦非工作面金屬溫度穩(wěn)定在80 ℃左右。建議大修時揭缸處理，適當(dāng)減小中壓平衡活塞汽封環(huán)間隙，減小漏汽量，提高平衡活塞腔室壓力。