付振春,李 云

(1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院,吉林 130021;2.吉林名門電力實業(yè)集團公司,長春 130033)

汽輪機推力軸承是保證汽輪機安全運行的重要部件,主要作用是承擔蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力,并確定轉(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。由于汽輪機通流部分的狀態(tài)、流量大小、隔板等處汽封間隙大小等,使軸承上的推力可能產(chǎn)生很大的變化。一旦推力過大,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)生不允許的軸向位移,使汽輪機通流部分發(fā)生碰撞、磨損等惡性事故。在運行中及時發(fā)現(xiàn)問題、準確分析原因、采取科學(xué)有效的處理措施,是使推力軸承正常工作、汽輪機安全穩(wěn)定運行的保障。

1 機組概況及推力軸承磨損情況

某電廠 2號汽輪機為超臨界、一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽、雙抽、直接濕冷、抽汽凝汽式汽輪機。其推力軸承安裝在前軸承箱內(nèi),工作面、非工作面各有 6塊推力瓦構(gòu)成,材料為巴氏合金,額定 350 MW負荷順序閥運行軸向推力設(shè)計值約為 10 kN。該機組自2012年投產(chǎn)后分別于2012年6月13日、7月 25日發(fā)生了推力軸承損壞事故,機組推力軸承檢修后只能在 250～270 MW負荷(純凝汽工況)下運行,否則推力軸承溫度上升較快,嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行。

2號汽輪機兩次推力軸承磨損均為工作面瓦塊,其中第 2次推力軸承磨損事故前負荷213 MW,推力瓦工作面溫度最高值 95.8℃,軸向位移為0.19 mm;事故時軸向位移躍升至 1.89 mm,推力瓦工作面溫度最高值躍升至113℃,2號汽輪機軸向位移保護動作停機。停機檢查發(fā)現(xiàn),推力軸承工作瓦塊外緣最大磨損 4.1 mm(下瓦),內(nèi)緣最大磨損 1.3 mm。

2 原因分析

2.1 制造、安裝方面

2.1.1 推力軸承供油量的影響

推力軸承發(fā)生磨損后,首要誘因是由于推力軸承的供油量不足,使油膜形成不良而導(dǎo)致。該機組兩次推力軸承磨損事故發(fā)生后,確實在潤滑油系統(tǒng)檢查出了問題。第1次事故發(fā)生后,前箱解體時發(fā)現(xiàn)推力軸承上蓋的 8個溫度測點中 4個不用的溫度測點元件線夾沒有安裝,機組運行時潤滑油自測溫元件線夾孔向外大量泄油,使推力軸承內(nèi)潤滑油壓降低;第 2次事故發(fā)生后,推力軸承解體檢查發(fā)現(xiàn)回油孔處調(diào)整螺釘沒有進行調(diào)整(全開狀態(tài)),潤滑油回油“敞口”運行沒有節(jié)流,降低了軸承內(nèi)潤滑油壓力,檢修人員將溫度測點元件夾裝好、調(diào)整螺釘至開度1/3位置。機組再次啟動推力軸承溫度高的問題并沒有改善,這說明雖然推力軸承測溫線夾沒有安裝、回油調(diào)整螺釘沒有節(jié)流雖會影響潤滑油壓,但在推力軸承內(nèi)只要充滿潤滑油,即使油壓偏低(接近大氣壓力),也不致影響潤滑油膜的形成,導(dǎo)致軸承磨損事故的發(fā)生。

2.1.2 推力軸承方面的影響

推力盤材料的影響:2號機組第1次推力軸承損壞事故發(fā)生后,對磨損的推力盤工作面進行了補焊處理。由于補焊所用的材料與推力軸承烏金所構(gòu)成的摩擦副性能較差,新材料摩擦性能相對較“粘”,高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量必然較高,因此第 2次事故發(fā)生前機組在空負荷時推力軸承工作面溫度明顯高于第 1次事故發(fā)生前空負荷時的溫度,并且軸承溫度隨著負荷增加持續(xù)升高,在 210 MW負荷就已發(fā)生了磨損事故。為解決這一問題,該機組小軸返廠,將推力盤補焊的部分進行了車削,并通過加墊片將推力軸承推力間隙調(diào)整至允許范圍內(nèi)。

推力盤與推力瓦塊平行度的影響:通常情況下,機組負荷發(fā)生變化時,由于汽缸兩側(cè)膨脹差異以及轉(zhuǎn)子揚度的變化等造成推力盤與推力瓦塊平行度發(fā)生變化,而推力軸承能夠靈活地根據(jù)這一變化,調(diào)整自身的位置,使推力軸承工作瓦塊均勻受力。一旦機組推力盤與推力瓦塊平行度超出允許范圍,將使推力軸承工作瓦塊受力不均,部分瓦塊烏金溫度持續(xù)上升。經(jīng)檢查,該機組運行中汽缸兩側(cè)膨脹均勻,但軸承箱揚度超出了設(shè)計要求,檢修人員將其調(diào)整至合理范圍內(nèi),消除了影響。

推力軸承自位性的影響:推力軸承靈活的自位性,可保證推力瓦塊受力均勻,潤滑油膜的有效建立,避免瓦塊與軸產(chǎn)生干摩擦,從而防止推力軸承溫度升高而磨損。2號機組推力軸承解體檢查后發(fā)現(xiàn)1、2號瓦塊測溫護套間隙不夠,平衡橋靠中分面止動螺釘沒有拆除,影響推力瓦塊的自位功能,檢修人員對測溫套管進行了車削處理,并拆除了止動螺釘,避免了對推力軸承自位性的影響。

2.1.3 汽輪機軸向推力的影響

2號機組推力軸承磨損事故發(fā)生后,雖針對潤滑油及推力軸承等方面存在的問題進行了處理,但仍未改善推力瓦溫度高的情況。因此,分析認為2號機組推力軸承的兩次磨損及瓦溫高的根本原因是機組軸向推力過大造成。 2號機組為反動式汽輪機,高、中壓汽缸為合缸式,在高、中壓轉(zhuǎn)子壓力級上,能產(chǎn)生相當大的軸向推力,這部分推力主要是靠轉(zhuǎn)子上的高、低壓平衡轂和凸臺所受的蒸汽作用力平衡。該機組高中壓轉(zhuǎn)子原始理論軸向推力特性曲線如圖1所示,其中,THA為熱耗保證工況;VWO為閥門全開工況。實際運行的推力軸承溫度如表1所示。

表1 2號機組不同負荷下推力軸承溫度 ℃

從表1可以看出:機組在單閥(或順序閥)運行方式下,隨著負荷的增加其推力軸承(電端)溫度上升,即隨著機組負荷增加其軸向推力增加。而從圖1可以看出:機組在單閥運行方式下,隨著負荷增加其軸向推力增加,但推力的方向為負。顯然,機組軸向推力原始理論計算值與實際情況不符。

針對上述問題,責成制造廠對汽輪機軸向推力計算方法進行了重新核查,發(fā)現(xiàn)由于調(diào)節(jié)級前后面積不封閉造成了計算錯誤,使調(diào)節(jié)級圍帶前后面積差多算了反向推力 AP01(其中:A為調(diào)節(jié)級圍帶前后面積差;P01為調(diào)節(jié)級噴嘴后壓力),而實際這部分面積差承受的壓差為調(diào)節(jié)級前后壓差,產(chǎn)生的推力并不大,可以忽略,并且壓力級部分級別也有類似錯誤,導(dǎo)致機組總推力少算,實際推力增大。經(jīng)重新計算,在 350 MW負荷,該機組軸向推力為 290 kN(正向)處于推力瓦比壓上限范圍內(nèi),易造成推力軸承燒損。

2.2 汽輪機保護方面的原因

圖1 機組高中壓轉(zhuǎn)子原始理論推力特性曲線

2.2.1 軸向位移保護未動作

2號汽輪機軸向位移保護原設(shè)計在汽機監(jiān)視儀表(TSI)中軸向位移的 4個測點均加了 2 s延時,并且在 T SI中設(shè)置了“l(fā)imit suppression”(限值抑制)功能,此功能的作用是參數(shù)在超量程后,屏蔽掉輸出。基于上述 2個原因,在汽輪機發(fā)生事故的瞬間(不超過 2 s),軸向位移超量程后,由于限值抑制功能的設(shè)置,“軸向位移大”的輸出被屏蔽掉,TSI裝置無法輸出“軸向位移大”的跳機信號,軸向位移保護未動作。

2.2.2 推力軸承溫度保護未動作

在汽輪機軸承溫度保護中,由于設(shè)置了 3℃ /s的速率保護,在機組故障發(fā)生時,推力軸承溫升速率遠遠超過3℃ /s,因此此項溫度保護也被屏蔽掉,汽輪機軸承溫度高未動作。

3 處理措施

通過上述分析可知,該機組推力軸承磨損的主要原因是軸向推力的原始值設(shè)計過大,而與制造安裝質(zhì)量關(guān)系甚微,解決正向軸向推力過大問題的方法是車小高壓平衡鼓直徑。經(jīng)過計算,高壓平衡環(huán)直徑減少 12 mm后,350 MW負荷工況下推力僅為 50 kN。該機組高壓平衡環(huán)經(jīng)車削后啟動,在 300 MW負荷推力軸承溫度為57.2℃。

在機組軸向位移保護方面,將機組軸向位移中4個測點的延時時間設(shè)置為0,并加強了T SI卡件、軸向位移信號線的抗干擾能力,防止電氣信號干擾。同時在 TSI中,取消了“l(fā)imit suppression”功能;在機組推力軸承溫度保護方面,對推力軸承的工作面、非工作面的4點推力軸承溫度分別采用 4取 2的邏輯,取消了單點速率判斷功能。

4 結(jié)束語

該機組推力軸承磨損事件的發(fā)生為同類型機組的設(shè)計、安裝以及生產(chǎn)運行人員起到了警示作用。為防止汽輪機推力軸承的磨損,在設(shè)計階段應(yīng)對汽輪機轉(zhuǎn)子軸向推力的計算全面考慮,從源頭上避免汽輪機由于軸向推力過大導(dǎo)致推力軸承磨損;在安裝階段,安裝人員應(yīng)保證推力軸承安裝工藝符合要求,潤滑油系統(tǒng)部件的安裝和調(diào)整要得當,保證推力軸承有充足的油源潤滑、推力軸承安裝后其自位性要靈活,避免推力瓦塊受力不均,汽缸膨脹要暢通,保證汽缸兩側(cè)膨脹均勻等;在調(diào)試階段,應(yīng)根據(jù)汽輪機推力軸承磨損事故發(fā)生的特點,減少對汽輪機保護(軸向位移保護和推力軸承溫度保護)動作的限制條件,避免為減少保護誤動而造成保護拒動情況發(fā)生;在機組運行期間,運行人員應(yīng)對軸向位移、推力軸承溫度等重要參數(shù)加強監(jiān)視,一旦發(fā)現(xiàn)上述參數(shù)異常升高,必須及時采取有效措施(如減負荷)控制推力軸承溫度的上升,防止發(fā)生重大設(shè)備損壞事故。