李祥奎，羅賢龍，付 晴，蔡 熹

（福建福清核電有限公司維修二處，福建福清 350318）

0 引言

汽輪機(jī)推力軸承是保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要部件，主要是承擔(dān)蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并定位轉(zhuǎn)子的軸向位置，使轉(zhuǎn)子與靜止部分保持一定的軸向間隙。由于汽輪機(jī)通流部分的狀態(tài)、隔板等汽封間隙大小變化，使軸承上的軸向推力可能產(chǎn)生很大的變化。一旦軸向推力過大，推力瓦塊溫度將升高，使瓦塊上的烏金磨損燒壞，轉(zhuǎn)子發(fā)生超出限值的軸向位移，導(dǎo)致汽輪機(jī)通流部分發(fā)生動(dòng)靜摩擦、磨損等事故。

某電廠4#機(jī)組為HNE089-6.43/280/269-H型ALSTOM百萬(wàn)級(jí)半速汽輪機(jī)，為單軸、三缸、四排汽、沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，該發(fā)電機(jī)組共有8個(gè)支持軸承，1個(gè)推力軸承，推力軸承位于高中壓缸電端的中壓軸承箱內(nèi)。該機(jī)組2017年汽輪機(jī)調(diào)試沖轉(zhuǎn)期間，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500 r/min時(shí)，推力軸承軸向力作用于反向推力瓦，但是正向推力瓦溫最高達(dá)到了70.0℃，明顯高于反向推力瓦溫度（58.7℃），也高于同類其他機(jī)組沖轉(zhuǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，判定有異常，影響機(jī)組后續(xù)安全可靠運(yùn)行。

1 推力軸承瓦溫異常原因分析

1.1 推力軸承結(jié)構(gòu)

推力軸承由推力軸承瓦體、正向推力瓦塊、反向推力瓦塊、正向及反向彈性墊環(huán)、進(jìn)出油道（箭頭標(biāo)識(shí)的為潤(rùn)滑油的流向）、與轉(zhuǎn)子相連的推力盤組成，主要作用是平衡機(jī)組運(yùn)行期間的軸向推力[1]。汽輪機(jī)的推力軸承安裝在中壓軸承箱內(nèi)，機(jī)組正常功率運(yùn)行時(shí)高壓蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)子的推力指向機(jī)組發(fā)電機(jī)端，因此正向推力瓦塊受力。在正向推力瓦和反向推力瓦上各安裝2個(gè)測(cè)量探頭檢測(cè)瓦溫，正向推力瓦測(cè)溫探頭為GGR341/343MT，反向推力瓦測(cè)溫探頭為GGR340/342MT。

1.2 正向推力瓦塊溫度異常現(xiàn)象描述

2017年4月，該電廠4#機(jī)組汽輪機(jī)安裝結(jié)束后進(jìn)行首次蒸汽沖轉(zhuǎn)，當(dāng)至1500 r/min狀態(tài)，正向推力瓦溫度明顯高于反向推力瓦溫度，最大溫差約12℃。技術(shù)文件要求推力間隙為0.20～0.30 mm，安裝竣工文件記錄該安裝推力間隙為0.23 mm、沖轉(zhuǎn)趨勢(shì)軸向位移為-0.21 mm，判斷轉(zhuǎn)子推力盤位置此時(shí)靠近反向推力瓦，轉(zhuǎn)子推力盤與正向推力瓦間隙大，正向推力瓦溫應(yīng)該低于反向推力瓦，但DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）畫面顯示正向推力瓦溫高于反向推力瓦。查詢1#～3#機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)情況（表1），1#～3#機(jī)組正向推力瓦溫度與反向推力瓦溫度接近一致，或正向推力瓦溫低于反向推力瓦溫。判定該電廠4#機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)推力瓦溫屬于不正?，F(xiàn)象，需分析排查。

表1 1#～4#機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)軸向位移與推力瓦溫情況對(duì)比

1.3 正向推力瓦塊溫度異常原因分析

根據(jù)汽輪機(jī)推力軸承機(jī)械結(jié)構(gòu)及測(cè)溫回路分析，導(dǎo)致正向推力軸承瓦塊溫度異常[2]，可能的原因有:①溫度測(cè)量不準(zhǔn)確；②進(jìn)出油回路異常；③推力盤瓢偏不合格；④推力瓦塊受力不均或過大。

2 正向推力瓦塊溫度異常問題排查

2.1 推力瓦溫溫度測(cè)量不準(zhǔn)確

現(xiàn)場(chǎng)將中壓軸承箱解體，儀控人員對(duì)測(cè)溫回路進(jìn)行排查，測(cè)溫探頭回路、正向推力瓦與反向推力瓦測(cè)溫接線正常。在軸承壓蓋拆卸后發(fā)現(xiàn)，有3根測(cè)量探頭存在彎曲（圖1）。由于軸承壓蓋、軸承體、推力瓦均為靜止部件，正常運(yùn)行中有定位銷固定，排除軸承體相對(duì)移動(dòng)導(dǎo)致的探頭彎曲。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，可能是由于安裝探頭時(shí)插入力度大，探頭在壓蓋和軸承體之間約5 cm高的空間內(nèi)壓彎。熱偶式測(cè)量點(diǎn)在探頭端部，對(duì)測(cè)溫元件進(jìn)行檢查標(biāo)定合格。

根據(jù)檢查結(jié)果，認(rèn)為推力軸承溫溫度測(cè)量準(zhǔn)確不是正向推力軸承瓦溫異常的原因。

2.2 進(jìn)出油回路異常

圖1 推力瓦溫探頭檢查示意

拆卸檢查前，手動(dòng)檢查瓦塊能夠自由活動(dòng)，瓦塊進(jìn)油口尺寸20.0 mm，符合設(shè)計(jì)要求。推力軸承進(jìn)油口浮環(huán)電端和汽端安裝方向分別為“┚┖”，出油口浮環(huán)安裝方向分別為“┗ ┛”，安裝方向正確（圖2）。測(cè)量進(jìn)油浮環(huán)和在出油浮環(huán)間隙，發(fā)現(xiàn)出油浮環(huán)徑向間隙偏小，能夠在軸頸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)（表2）。由于軸承徑向排油，出油口在出油浮環(huán)外側(cè)，浮環(huán)與轉(zhuǎn)子軸頸的間隙值對(duì)推力軸承回油影響較小，不存在回油不暢、帶走熱量過少導(dǎo)致正向推力軸承瓦溫異常的現(xiàn)象。

圖2 油浮環(huán)

表2 進(jìn)油浮環(huán)和在出油浮環(huán)安裝間隙

2.3 推力盤瓢偏不合格

汽輪機(jī)高中壓缸轉(zhuǎn)子推力盤瓢偏，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)期間，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子對(duì)推力軸承瓦塊產(chǎn)生沖擊性載荷，使推力軸承瓦塊局部受熱，造成推力軸承瓦溫異常現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)推力盤瓢偏進(jìn)行測(cè)量，瓢偏均小于0.05 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 推力瓦塊受力不均或過大

推力間隙確定時(shí)，推軸的力過大將導(dǎo)致彈性環(huán)被壓縮，所測(cè)得的推力間隙大于實(shí)際推力間隙，可能造成運(yùn)行時(shí)瓦溫過高，其他電廠同類機(jī)組已有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋。4#機(jī)組安裝推力間隙確定時(shí)，參考了ALSTOM最新版推軸程序，排除了彈性墊環(huán)變形導(dǎo)致推力間隙偏小和推力過大的可能性。

同時(shí)，如果推力軸承瓦塊或彈性墊環(huán)的厚度不均，每個(gè)瓦塊相對(duì)推力盤的平行度不一致，按照汽輪機(jī)推軸方案確定的推力間隙將會(huì)有誤差，得不到真實(shí)的推力間隙會(huì)導(dǎo)致推力瓦溫度過高?，F(xiàn)場(chǎng)解體后測(cè)量，推力瓦塊厚度和對(duì)應(yīng)的彈性墊環(huán)的厚度理論厚度差均小于0.02 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。測(cè)量推力瓦塊時(shí)發(fā)現(xiàn)，正向推力瓦上半、反向推力瓦下半有明顯的接觸痕跡，而正向推力瓦下半、反向推力瓦上半無(wú)明顯接觸痕跡。同步測(cè)量轉(zhuǎn)子推力盤與推力軸承瓦體之間平行度，平行度最大為0.29 mm（標(biāo)準(zhǔn) 0.10 mm）。

根據(jù)機(jī)組特性，機(jī)組軸系完成安裝后各軸瓦揚(yáng)度為定值，軸瓦結(jié)構(gòu)狀態(tài)不變，摩擦力為定值；推力盤與瓦塊之間的平行度偏差為f，則當(dāng)中分面處瓦塊與推力盤正好達(dá)到理論零點(diǎn)時(shí)，間隙最小處的彈性環(huán)已經(jīng)產(chǎn)生大小為f的變形量（圖3）。

圖3 推力軸承受力分析

其中，P為壓力，F(xiàn)為瓦塊受力，R為瓦塊到中分面距離，x為瓦塊變形量，f為變形量值，N為瓦塊寬度，M為瓦塊受力點(diǎn)的長(zhǎng)度，h為瓦塊高度，EN是對(duì)瓦塊受力進(jìn)行積分。

平行度相差0.01 mm，推力瓦軸向推力的影響為17.36 kN，局部受力過大導(dǎo)致受熱。所以，造成推力軸承瓦溫異常原因是由于推力軸承平行度超差、推力瓦受力不均。

3 推力軸承平行度超標(biāo)處理方法

3.1 推力軸承平行度調(diào)整

綜上所述，排除了溫度測(cè)量不準(zhǔn)確、進(jìn)出油回路異常、推力盤瓢偏的因素，確定推力瓦塊受力不均或過大導(dǎo)致推力軸承瓦溫異常。根據(jù)推力軸承瓦體結(jié)構(gòu)及推力軸承墊片布置方式，推力軸承瓦體墊片上下對(duì)稱，電側(cè)與汽側(cè)對(duì)稱各8個(gè)。通過先調(diào)整下半瓦體兩側(cè)墊片，按照下半對(duì)稱反向增減上半瓦體兩側(cè)墊片，增減墊片完成后將下半瓦體翻入（表3）。通過調(diào)整推力軸承兩側(cè)調(diào)整墊片的方式來改變推力軸承瓦體的平行度，復(fù)查浮動(dòng)擋油環(huán)活動(dòng)自由，復(fù)測(cè)推力軸承平行度最大0.09 mm，滿足要求。

表3 推力軸承調(diào)整墊片的調(diào)整情況mm

回裝上半瓦體，并通過壓鉛絲方式檢查推力軸承壓蓋與瓦體的配合要求（最大過盈0.028 mm，最大間隙0.153 mm），避免一端出現(xiàn)過盈、另一端出現(xiàn)間隙的情況，推力軸承體變化不均。

3.2 推力軸承平行度調(diào)整后瓦溫情況

推力軸承平行度調(diào)整結(jié)束后，機(jī)組功率變化期間對(duì)推力瓦溫加強(qiáng)監(jiān)視，4#機(jī)組再次沖轉(zhuǎn)后，1500 r/min平臺(tái)，推力軸承正向推力瓦溫為63.0℃、反向推力瓦溫為61.2℃，瓦溫明顯優(yōu)于非核蒸汽沖轉(zhuǎn)。機(jī)組滿負(fù)荷后觀察推力軸承正向推力瓦溫度最大升高至72℃，反向推力瓦溫度為58.6℃，小于推力瓦報(bào)警溫度95℃，與同類機(jī)組一致。同時(shí)，在功率變化期間推力瓦工作面溫度差最大為7℃，小于報(bào)警溫差20℃。各功率平臺(tái)期間推力軸承瓦溫情況詳見表4。

表4 功率變化期間推力軸承瓦溫度 ℃

通過調(diào)整推力軸承背部調(diào)整墊片，在機(jī)組沖轉(zhuǎn)至1500 r/min時(shí)，未出現(xiàn)推力盤貼近反向推力瓦時(shí)，正向推力瓦溫度高的異常現(xiàn)象，在0%～100%FP（指示功率）運(yùn)行期間，推力軸承瓦溫度未見異常，解決了推力軸承瓦溫異常的問題。

4 結(jié)論

汽輪機(jī)推力軸承是汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要部件，通過對(duì)推力軸承解體檢查，排除了溫度測(cè)量不準(zhǔn)確、進(jìn)出油回路異常、推力盤瓢偏對(duì)推力軸承瓦溫異常的影響，確定推力軸承瓦溫異常是平行度超差，推力瓦塊受力不均導(dǎo)致。通過重新調(diào)整推力軸承背部調(diào)整墊片的方法解決了推力軸承瓦溫異常的問題，經(jīng)機(jī)組功率試驗(yàn)證明該方法切實(shí)有效，為同類型機(jī)組的設(shè)計(jì)、安裝以及維修人員有借鑒作用。