黃祥君，鄭華兵，蘇志剛

（大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司，深圳518124）

某核電百萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組軸系由6根轉(zhuǎn)子組成，每根轉(zhuǎn)子由2個(gè)軸承支承；除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后端軸承坐落在發(fā)電機(jī)外定子大端蓋上外，其余11個(gè)軸承均坐落在落地式軸承箱內(nèi)；1號(hào)～10號(hào)軸承為圓筒瓦軸承，11號(hào)及12號(hào)軸承為可傾瓦軸承。該汽輪機(jī)軸承在大修后啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)和運(yùn)行期間陸續(xù)出現(xiàn)軸承溫度偏高的問題，直接威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。筆者主要分析了汽輪機(jī)軸承溫度偏高的原因，并提出了處理措施。

1 汽輪機(jī)軸承溫度偏高的情況

1．1 沖轉(zhuǎn)時(shí)軸承溫度偏高

機(jī)組U1大修后沖轉(zhuǎn)時(shí)因5號(hào)軸承溫度達(dá)到報(bào)警值（95℃）而停機(jī)搶修，機(jī)組U2大修后沖轉(zhuǎn)時(shí)因6號(hào)軸承溫度達(dá)到停機(jī)值（100℃）而停機(jī)搶修。

1．2 日常運(yùn)行時(shí)軸承溫度偏高

機(jī)組U1和U2日常運(yùn)行期間曾多次出現(xiàn)部分軸承溫度明顯高于其他軸承溫度，甚至高于報(bào)警值的情況，機(jī)組U3和U4的同類型軸承也存在類似情況，見表1。

表1 處理前軸承溫度 ℃

表1 （續(xù)）

2 軸承溫度的計(jì)算結(jié)果

由于軸承溫度偏高是該類型軸承的共性問題，為驗(yàn)證是否存在設(shè)計(jì)問題，并指導(dǎo)軸承溫度偏高的原因分析，根據(jù)GB／T 21466．2—2008《穩(wěn)態(tài)條件下流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承圓形滑動(dòng)軸承第2部分：計(jì)算過程中所用函數(shù)》，建立專門的計(jì)算程序?qū)S承溫度進(jìn)行計(jì)算［1］；還結(jié)合了軸承實(shí)際的排油溫度對(duì)軸承溫度的計(jì)算模型進(jìn)行修正。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 軸承計(jì)算數(shù)據(jù)及其實(shí)際運(yùn)行溫度

由表2可知：潤滑油流量除1號(hào)軸承偏差稍大，其余偏差均小于5%；軸承溫度計(jì)算值與設(shè)計(jì)值基本一致，因此計(jì)算值可信。計(jì)算數(shù)據(jù)驗(yàn)證了軸承設(shè)計(jì)不存在問題，機(jī)組沖轉(zhuǎn)及運(yùn)行期間軸承溫度偏高非設(shè)計(jì)原因。

3 軸承溫度偏高原因分析

引起軸承溫度偏高的常見原因有：潤滑油流量不足［2］、軸承間隙小、軸承標(biāo)高變化引起軸承負(fù)荷高、軸承烏金面不平滑、軸承位置不正等。

軸承供油管油流速度為1．5mm／s，滿足通用設(shè)計(jì)要求；供油管尺寸符合設(shè)計(jì)要求，檢查后確認(rèn)無堵塞及泄漏現(xiàn)象；供油壓力、軸承間隙、軸承進(jìn)油口尺寸、油囊尺寸等符合設(shè)計(jì)要求，因此可以排除潤滑油流量不足及軸承間隙小這兩個(gè)原因。

3．1 軸承標(biāo)高變化對(duì)軸承溫度的影響

機(jī)組在冷態(tài)下進(jìn)行軸系中心調(diào)整。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)后從冷態(tài)變化到熱態(tài)時(shí)，各軸承的標(biāo)高變化可能不同，會(huì)引起各軸承負(fù)荷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致各軸承溫度發(fā)生相應(yīng)變化［3］。

建立了軸系的力學(xué)模型，計(jì)算出因軸承標(biāo)高變化量引起的軸承負(fù)荷變化量，進(jìn)而計(jì)算出軸承溫度的變化量，見表3。

表3 標(biāo)高變化引起的軸承溫度變化

從表3可以看出：從空載到滿功率時(shí)軸承溫度變化計(jì)算值最大約5K，實(shí)際變化量最大約4K，二者基本相符。

由表2和表3可知：加上冷、熱態(tài)軸承標(biāo)高變化的影響，軸承最高溫度應(yīng)小于90℃；但表1中機(jī)組U1 7號(hào)軸承溫度達(dá)97．1℃，機(jī)組U2 5號(hào)軸承溫度達(dá)94．5℃，因此軸承溫度偏高仍有其他影響因素。

3．2 瓦襯變形導(dǎo)致軸承溫度偏高

該類型軸承采用了薄瓦襯結(jié)構(gòu)，巴氏合金澆注在厚度為16．5mm的鋼瓦襯上，采用緊力配合來保證瓦襯與瓦體緊密接觸，從而保證瓦襯內(nèi)孔形狀正確，軸承烏金面平滑，見圖1。

圖1 軸承結(jié)構(gòu)圖

由于采用了薄瓦襯緊力配合的結(jié)構(gòu)，可能造成瓦襯的局部變形、軸承烏金面不平滑、潤滑油流動(dòng)不暢，甚至造成潤滑油膜局部破裂，引起軸承局部溫度偏高。當(dāng)局部變形位于溫度測(cè)點(diǎn)附近時(shí)，軸承溫度就會(huì)偏高。

3．3 軸承左右不對(duì)中造成軸承溫度偏高

該類型軸承的下半瓦體由分別位于左、右兩側(cè)和正下方的3塊球面墊鐵支承，上半瓦體正上方有1塊球面墊鐵（見圖1）。

在轉(zhuǎn)子所受重力的作用下，在軸承上產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M1為：

軸承上由摩擦阻力產(chǎn)生的阻力矩M2為：

式中：D為軸承內(nèi)徑，mm；G為轉(zhuǎn)子所受重力，N；B為軸承寬度（設(shè)計(jì)值B＝0．5D），mm；d為軸承外徑（設(shè)計(jì)值d＝1．8D），mm；μ為摩擦系數(shù)，要求μ＜0．16。

由式（1）及式（2）可見：M1＞ M2，因此軸承在軸向方向具有自定位能力。然而，在左右方向由于沒有力的作用，即M1＝0，M1＜ M2，因此軸承在左右方向沒有自定位能力。

軸承在左右方向不具有自定位能力而造成軸承左右不對(duì)中的問題，這是因?yàn)椋阂环矫嬲J(rèn)為球面墊鐵的軸承具有自定位能力；另一方面，側(cè)間隙不容易測(cè)量準(zhǔn)確，瓦襯在轉(zhuǎn)子質(zhì)量作用下可能出現(xiàn)變形，導(dǎo)致側(cè)間隙變化等因素也會(huì)誤導(dǎo)判斷軸承的對(duì)中情況。

當(dāng)軸承左右不對(duì)中時(shí)，軸承前后和左右的間隙發(fā)生變化，使得間隙不均勻，造成潤滑油膜厚度不均勻，導(dǎo)致潤滑不充分，甚至造成潤滑油膜破裂，引起軸承溫度偏高，前后溫度測(cè)點(diǎn)溫差大。在1．1節(jié)所述案例中，6號(hào)軸承前后溫度測(cè)點(diǎn)的差值當(dāng)時(shí)已超過30K。此外由表2可知：當(dāng)軸承間隙變化時(shí)軸承的溫度也會(huì)隨之變化，也印證了上述分析是正確的。

4 處理措施及效果

4．1 消除軸承標(biāo)高變化

根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果，在軸系找中心時(shí)將2號(hào)、5號(hào)和7號(hào)軸承標(biāo)高相對(duì)于3號(hào)、4號(hào)和6號(hào)軸承標(biāo)高低約0．03～0．05mm。

4．2 消除瓦襯變形

由于瓦襯變形較小，按照常規(guī)的檢查方法（如內(nèi)徑測(cè)量、間隙測(cè)量等）不能檢查出該問題，為此采取在軸承烏金表面涂上紅丹粉或藍(lán)油，與軸頸進(jìn)行研磨，根據(jù)接觸情況采用特制的平刮刀對(duì)烏金表面的接觸高點(diǎn)進(jìn)行修刮。修刮前后效果見圖2。

圖2 修刮前后溫度測(cè)點(diǎn)附近的高點(diǎn)

4．3 消除軸承左右不對(duì)中

軸承左右不對(duì)中時(shí)，會(huì)造成軸承前后和左右的間隙不均勻，軸承在軸承箱內(nèi)的軸向位置發(fā)生變化，軸承與軸承箱高低差發(fā)生變化，其中軸向位置的變化最明顯，為此采用在中分面處測(cè)量瓦襯與瓦體的間隙，并計(jì)入軸承的間隙中；測(cè)量和調(diào)整軸承與軸承箱的高低差；測(cè)量和調(diào)整軸承與軸承箱的軸向相對(duì)位置，保證軸承位于正確位置，軸承前后和左右的間隙均勻。

采用上述措施后在機(jī)組沖轉(zhuǎn)期間沒有再出現(xiàn)軸承溫度偏高的現(xiàn)象，滿功率運(yùn)行時(shí)軸承溫度均控制在90℃以內(nèi)，軸承之間的溫度差更合理（見表4），取得了預(yù)期效果，提高了設(shè)備的安全裕度。

表4 處理后軸承溫度 ℃

5 結(jié)語

針對(duì)百萬千瓦核電汽輪機(jī)軸承及其他機(jī)組同類型軸承溫度偏高的共性問題，通過結(jié)合軸承的實(shí)際溫度建立計(jì)算模型，驗(yàn)證并排除了設(shè)計(jì)方面的問題，既加深了對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)特點(diǎn)和運(yùn)行特性的了解，又對(duì)原因分析起到了指導(dǎo)作用，為解決同類問題提供了新的思路和方法。

［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB／T 21466．2—2008穩(wěn)態(tài)條件下流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承圓形滑動(dòng)軸承第2部分：計(jì)算過程中所用函數(shù)［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［2］王希第．328．5MW汽輪機(jī)軸瓦溫度高的處理［J］．汽輪機(jī)技術(shù)，2005，47（5）：70－71．

［3］中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì)．火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)（第二卷 汽輪機(jī)）［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．