徐州華潤(rùn)電力有限公司 劉 楠 周德純 來(lái)國(guó)慶 陳 飛

汽輪機(jī)的頂軸油系統(tǒng)是保障汽輪機(jī)安全的一個(gè)重要系統(tǒng)，主要在汽輪發(fā)電機(jī)組盤(pán)車(chē)、啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程中起到潤(rùn)滑、頂起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子避免與軸瓦發(fā)生干摩擦的作用。當(dāng)汽輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和軸承間能建立良好的楔形潤(rùn)滑油膜，一般不會(huì)發(fā)生軸承損壞事故。但在低轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子與軸承間的楔形潤(rùn)滑油膜尚未充分建立或建立得還不穩(wěn)定，軸承處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，由于受到金屬表面粗糙度、潤(rùn)滑油質(zhì)等的影響，轉(zhuǎn)子與軸承間很可能發(fā)生直接接觸甚至干摩擦，嚴(yán)重的將導(dǎo)致碾瓦事故。因此設(shè)立頂軸油系統(tǒng)，在低轉(zhuǎn)速時(shí)在轉(zhuǎn)子和軸承油囊之間形成靜壓油膜十分重要。作為頂軸油系統(tǒng)調(diào)試的重要部分，抬軸試驗(yàn)的正確實(shí)施十分關(guān)鍵。

近年許多電廠進(jìn)行了汽輪機(jī)通流改造，采用新的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，而軸承大多利舊，新型轉(zhuǎn)子的質(zhì)量與原轉(zhuǎn)子存在偏差，造成了軸承比壓的變化。也存在部分電廠為提高機(jī)組的安全性，對(duì)沒(méi)有配備頂軸油裝置的可傾瓦軸承增裝了頂軸油裝置來(lái)防止碾瓦[1]。由于頂軸油泵自啟動(dòng)時(shí)間和系統(tǒng)壓力對(duì)油膜形成有重要影響[2]，頂軸油系統(tǒng)發(fā)生變化后系統(tǒng)壓力和啟停轉(zhuǎn)速需重新確定。壓力的調(diào)整一般通過(guò)抬軸試驗(yàn)來(lái)確定，但傳統(tǒng)架設(shè)百分表的測(cè)量方式無(wú)法在轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)及沖轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行軸頸頂起高度的測(cè)量和調(diào)整，不能反應(yīng)汽輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下軸頸動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，也無(wú)法為頂軸油泵啟停轉(zhuǎn)速調(diào)整提供依據(jù)。

1 概況

某電廠采用上海電氣集團(tuán)股份有限公司汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、反動(dòng)式、單軸、高中壓缸合缸、單背壓、凝汽式汽輪機(jī)，#1、#2軸承（高中壓轉(zhuǎn)子軸承）采用四塊可傾瓦軸承，#3軸承（低壓缸前軸承）采用下半可傾瓦，上半圓筒型軸承，#4軸承（低壓缸后軸承）、#5、#6軸承（發(fā)電機(jī)軸承）均采用圓筒型軸承。機(jī)組配有三臺(tái)額定出口壓力17.5MPa頂軸油泵，兩用一備；汽輪機(jī)采用電機(jī)齒輪盤(pán)車(chē)，位于4號(hào)軸承座；頂軸油由油泵供至#3左、#3右、#4、#5、#6軸承。后經(jīng)改造，高中壓和低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行了更換，質(zhì)量發(fā)生變化，并為確保安全在#1、#2軸承上增加了頂軸油。

汽輪機(jī)各軸承上一般均安裝有軸振傳感器，其原理為利用高頻電流通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在臨近傳感器的被測(cè)量金屬表面形成感應(yīng)電流，感應(yīng)電流又影響到線(xiàn)圈的阻抗，最終表現(xiàn)為線(xiàn)圈兩端電壓的變化與線(xiàn)圈到被測(cè)量金屬表面距離成正比。線(xiàn)圈兩端的電壓即為間隙電壓，測(cè)量該電壓便可算出轉(zhuǎn)子表面和傳感器線(xiàn)圈間的距離，從而計(jì)算出轉(zhuǎn)子軸振。同樣，測(cè)量出相互垂直的兩個(gè)軸振傳感器的間隙電壓，通過(guò)計(jì)算便可得到轉(zhuǎn)子的軸心位置[3]。若設(shè)置轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的軸心位置為零位，通過(guò)測(cè)量每個(gè)軸承處的間隙電壓便可得到從抬軸試驗(yàn)直至汽輪機(jī)定速3000rpm全過(guò)程的轉(zhuǎn)子浮起高度變化，在動(dòng)態(tài)情況下對(duì)因轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油溫變化而導(dǎo)致的軸頸頂起高度變化進(jìn)行跟蹤及分析，為設(shè)定合理的頂軸油泵啟停轉(zhuǎn)速提供可靠依據(jù)。

2 機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度跟蹤

啟機(jī)前抬軸試驗(yàn)：由于頂軸油系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子質(zhì)量均發(fā)生了變化，機(jī)組啟動(dòng)前需進(jìn)行抬軸試驗(yàn)，為驗(yàn)證采用軸振傳感器間隙電壓判斷個(gè)軸承頂起高度的準(zhǔn)確性，在#1～#6軸承處均架設(shè)了百分表，按要求進(jìn)行傳統(tǒng)的抬軸試驗(yàn)。調(diào)整各軸承頂軸油壓后，根據(jù)就地百分表讀數(shù)及軸振傳感器間隙電壓計(jì)算得到的各軸承頂起高度分別為55/56、110/107、120/129、60/68、45/52、50/54，頂軸油母管壓力14.5MPa，此時(shí)潤(rùn)滑油溫34℃，兩臺(tái)頂軸油泵運(yùn)行。可看到，就地百分表測(cè)得的各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度與間隙電壓測(cè)得的高度基本一致。盡管增加了#1、#2軸承的頂軸油，但此時(shí)兩臺(tái)泵運(yùn)行仍能滿(mǎn)足正常運(yùn)行需求。

盤(pán)車(chē)后各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度變化：機(jī)組盤(pán)車(chē)后，傳統(tǒng)架設(shè)百分表判斷各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度方法已無(wú)法進(jìn)行，只能通過(guò)軸振傳感器的間隙電壓來(lái)繼續(xù)跟蹤各軸承處轉(zhuǎn)子的頂起高度變化，盤(pán)車(chē)后各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度發(fā)生一些變化，但變化不大。

沖轉(zhuǎn)前各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度變化：沖轉(zhuǎn)前各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度如表1，由于潤(rùn)滑油溫的上升，轉(zhuǎn)子的頂起高度發(fā)生了較大變化，尤其是#4軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度基本為0。此時(shí)開(kāi)大#4軸承頂軸油進(jìn)油門(mén)，潤(rùn)滑油母管壓力迅速下降至11MPa，兩臺(tái)頂軸油泵運(yùn)行已無(wú)法滿(mǎn)足正常運(yùn)行需求，需啟動(dòng)第三臺(tái)頂軸油泵。啟動(dòng)第三臺(tái)頂軸油泵，調(diào)整各軸頸頂起高度正常如表1。

表1 沖轉(zhuǎn)前各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度

沖轉(zhuǎn)過(guò)程中各軸承處轉(zhuǎn)子頂起高度變化：?jiǎn)?dòng)升速過(guò)程中，利用軸振傳感器間隙電壓對(duì)汽輪機(jī)各軸承處轉(zhuǎn)子軸心軌跡進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子浮起高度如圖1。隨著轉(zhuǎn)速升高各軸承處轉(zhuǎn)子浮起高度持續(xù)升高。

圖1 升速過(guò)程中轉(zhuǎn)子浮起高度變化圖

頂軸油泵啟停轉(zhuǎn)速分析：從圖1可看出#3、#4、#5、#6軸承處轉(zhuǎn)子在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)1000rpm時(shí)均已明顯浮起，此時(shí)潤(rùn)滑油膜已基本形成，頂軸油的作用已較小可以退出；但#1、#2軸承處轉(zhuǎn)子在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由800rpm升至1200rpm過(guò)程中浮起高度變化很小，轉(zhuǎn)子自身轉(zhuǎn)動(dòng)形成的油膜不足以完全頂起轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子沒(méi)有明顯浮起，頂軸油仍然作用較大，如此時(shí)按之前的要求退出頂軸油泵運(yùn)行，很可能對(duì)油膜形成較大沖擊，導(dǎo)致油膜失穩(wěn)甚至造成碾瓦。在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)1500rpm時(shí)#1、#2軸承處轉(zhuǎn)子持續(xù)穩(wěn)定浮起，油膜已穩(wěn)定建立，頂軸油作用已較小，此時(shí)停止頂軸油泵運(yùn)行才較為妥當(dāng)。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)分析得到以下結(jié)論：潤(rùn)滑油溫對(duì)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子頂起高度影響較大，油溫上升頂起高度明顯下降，隨著盤(pán)車(chē)后潤(rùn)滑油溫的上升，原#4軸頸處的頂起高度由70μm左右下降至接近0μm，存在較大風(fēng)險(xiǎn)；通流改造后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量發(fā)生變化，形成穩(wěn)定油膜的轉(zhuǎn)速也可能發(fā)生變化，采用軸振傳感器間隙電壓對(duì)汽輪機(jī)各軸承處轉(zhuǎn)子軸心軌跡進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控的方法可為頂軸油泵啟停轉(zhuǎn)速提供合理依據(jù)，根據(jù)軸心軌跡變化，某機(jī)組的頂軸油泵的啟停轉(zhuǎn)速應(yīng)由1200rpm調(diào)整到1800rpm以上，可確保安全。