李永權，姜海濤

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

核電汽輪發(fā)電機軸瓦頂軸油壓差大的原因分析

李永權，姜海濤

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

介紹了某核電廠4號機組調試期間汽輪發(fā)電機軸瓦頂軸壓差超標問題，根據(jù)大修工藝采取了應急措施并分析了超標原因。同時，針對機組季節(jié)性停機的特點，總結了汽輪發(fā)電機組關于潤滑油、盤車、頂軸油啟?？刂品桨?，對同類型機組檢修、運行操作具有指導作用。

發(fā)電機軸瓦；頂軸油壓差；溫差

1 事件背景

2016-05-26，某核電廠在4號機小修期間處理主、輔盤車故障后，啟動頂軸油泵驗證主、輔盤車功能，發(fā)現(xiàn)10號瓦頂軸油壓差達到7 MPa(廠家建議值≤5 MPa)，具體數(shù)值如表1所示。

為了確保機組按照計劃節(jié)點開展168 h試運行，采取“當機組沖轉達到1 350 r/min時，不停運頂軸油泵；當機組達到1 500 r/min時，穩(wěn)定30 min后手動停運頂軸油泵”方案，機組滿功率時10號瓦溫差為11.4 ℃(汽端溫度103.6 ℃、勵端溫度92.2 ℃)，直至168 h試運行完成。根據(jù)以往處理經驗，造成10號瓦頂軸油壓差及瓦溫差大的原因是軸瓦平行度超差。為了解決此問題，在168 h試運完成后，檢修人員重新進行平行度調整。

2 軸瓦結構介紹

2.1 軸瓦技術

該核電廠汽輪發(fā)電機為東方電機有限公司引進法國ALSTOM公司的大型四極半速同步發(fā)電機(P4/N4技術)，軸承由3塊能在支點上自由傾斜的弧形巴氏合金可傾瓦塊組成。

眾所周知，汽輪發(fā)電機軸承的安裝及檢修質量、軸瓦的運行參數(shù)對整個機組的安全運行，有著至關重要的作用。

2.2 軸瓦參數(shù)

發(fā)電機軸瓦為3塊可傾瓦結構，直徑800 mm，寬度510 mm，正常工作時油量為880 L/min，比壓為2.85 MPa，摩擦損失288 kW。軸瓦背面支撐方式是球面形式，與汽輪機軸瓦支撐方式不同。

2.3 軸瓦設計原理

發(fā)電機軸瓦通過瓦室固定在發(fā)電機端蓋上，與發(fā)電機定子形成一個整體。這種結構決定了軸瓦會隨著發(fā)電機端蓋變化而產生位移(如發(fā)電機充排氫過程，發(fā)電機兩側端蓋會受內部氫壓變化而產生變形)，軸瓦受發(fā)電機端蓋影響比較大。

為了克服這個結構缺陷，滿足核電機組各種運行狀況的要求，廠家將軸瓦背部設計為球面形式，如圖1所示。

表1 發(fā)電機軸瓦頂軸油壓差 MPa

圖1 發(fā)電機軸瓦球面結構

2.4 頂軸油設計

發(fā)電機頂軸油的具體設計如下：

(1) 可傾瓦支持軸承的主支撐瓦塊和側瓦塊設有頂軸油囊，其主支撐瓦塊在支點軸向方向設有4個頂軸油囊，側瓦塊在支點軸向方向設有2個頂軸油囊，上瓦塊沒有頂軸油囊；

(2) 主支撐瓦塊的4個頂軸油囊的頂軸油中間為單獨油管供油，兩側頂軸油囊共用1根頂軸油管，側瓦的2個頂軸油囊共用1根頂軸油管；

(3) 頂軸油系統(tǒng)通過軸承箱里的分油器分成多路頂軸油管路，其中3路頂軸油管路接到主支撐瓦塊，1路接到側瓦塊；

(4) 升速時，機組沖轉到1 350 r/min后，停頂軸油泵；降速時，轉速降至1 350 r/min后，自動啟頂軸油泵；

(5) 頂起高度：下瓦為0.08—0.13 mm，側瓦為0.05—0.10 mm。

2.5 軸瓦頂軸壓力測量

按照發(fā)電機EOMM手冊要求，在發(fā)電機外置頂軸油分配器內臨時測量點測量機組啟動前的頂軸油壓。根據(jù)廠家建議的標準，即9號瓦611YP(前)/631YP(后）壓差、10號瓦602YP(前)/622YP(后)壓差不大于5 MPa，當9號瓦611YP(前)/631YP(后)壓差、10號瓦602YP(前)/622YP(后)壓差大于標準值時，建議采取干預措施，防止啟機后軸瓦溫差偏大。

2.6 報警與打閘標準

(1) 瓦溫溫差達到20 ℃，報警。

(2) 瓦溫達到130 ℃，立即打閘。

(3) 瓦溫大于115 ℃，當溫差達到20 ℃時，立即打閘。

(4) 瓦溫小于115 ℃，當溫差達到25 ℃時，立即打閘。

3 工程調試期間軸瓦頂軸油壓差及瓦溫狀態(tài)

3.1 3號機組調試期間狀態(tài)

3號機組安裝后進入調試期間，10號瓦發(fā)生頂軸壓差超標，運行后引起10號瓦溫差過大(見表2)。

表2 3號機組調試期間頂軸油壓差與溫差

3.2 4號機組調試期間狀態(tài)

4號機組在首次沖轉前發(fā)生頂軸油壓差過大現(xiàn)象 (見表 3)。

表3 4號機組首次轉頂軸油壓差及溫差

由表2,3數(shù)據(jù)可知，在3,4號機組工程安裝后的調試期間，多次出現(xiàn)發(fā)電機軸瓦頂軸油壓差過大、啟機后軸瓦溫差偏大的問題。

4 大修后軸瓦頂軸油壓差及瓦溫狀態(tài)

在機組大修期間，發(fā)電機軸瓦平行度調整合格后，頂軸油壓差都處于合格范圍；啟機后，軸瓦溫差比較小。為了便于分析原因，現(xiàn)采取某大修后的數(shù)據(jù)進行比較。

如表4所示，大修后的9，10號瓦頂軸油壓差分為1.6 MPa，2.3 MPa，機組啟動至滿功率，溫差分別為0.9 ℃，3.3 ℃。

在大修后，2號機組經過3次啟停，在11月份冬季進行了發(fā)電機充排氫工作，并在機組各個狀態(tài)下持續(xù)對發(fā)電機軸瓦頂軸油壓力進行監(jiān)測，頂軸油壓差均未出現(xiàn)超標現(xiàn)象，直至2016年7月機組滿功率期間，發(fā)電機軸瓦溫差一直保持比較小的范圍，分別為1 ℃，0.8 ℃。

表4 2號機組9，10號瓦頂軸油壓差與溫差

5 大修后機組啟動時瓦溫變化規(guī)律

機組在啟動過程中，發(fā)電機軸瓦溫度變化趨勢為：溫度逐漸升高，隨著機組功率的提高及運行時間的增加，溫度及溫差逐漸減少并趨于穩(wěn)定。

從溫度曲線變化過程可知，隨著汽輪發(fā)電機組軸系的膨脹變化，發(fā)電機軸瓦也隨著產生緩慢的位移，但變化速度小于轉子膨脹速度。隨著功率及運行時間增加，軸瓦位移調整滿足了設備狀態(tài)變化，平行度趨于前后平行，溫差也呈現(xiàn)減少趨勢，最終穩(wěn)定在很小的范圍內。

6 故障原因分析及處理措施

通過分析軸瓦結構原理以及工程安裝調試期間和商運機組大修后數(shù)據(jù)比對分析，找出了產生頂軸油壓差超出標準的原因，并采取了相應的處理措施。

6.1 安裝工藝控制不佳

由發(fā)電機軸瓦結構可知，發(fā)電機采用端蓋式軸承。當充排氣體時，端蓋會產生微小的變化，這時球面會隨著端蓋變化進行微小的位移，以滿足這個變化;當軸瓦緊力不足時，球面位移量變化大，超出調整范圍，引起平行度超出標準而無法恢復。

針對4號機組168 h試運前10瓦頂軸油壓差達到7 MPa的問題，在168 h試運結束后，檢修人員進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦端蓋螺栓緊力存在不足，這也是10號瓦在工程2次調整后壓差出現(xiàn)2次嚴重超出標準的原因。目前，已經完成10號瓦平行度及軸瓦緊力調整工作，啟機后驗證結果良好。

6.2 發(fā)電機充排氫速率控制不當

發(fā)電機在充排氫過程中，如果速率因控制不好而過快時，會造成發(fā)電機端蓋發(fā)生較大變形，導致球面軸承位移不能及時補償端蓋變形；當超出軸瓦壓蓋緊力時，就會使軸瓦平行度惡化。

根據(jù)經驗反饋，發(fā)電機充排氫時速率控制在2 h以上，可避免軸瓦平行度變差現(xiàn)象。目前，運行部門已將該程序升版，控制發(fā)電機充排氫速率，通過各機組多次充排氫驗證，已經滿足要求。

6.3 過早停運行頂軸油泵

在機組停機后，當軸系統(tǒng)溫度高于室溫時，如果此時停止頂軸油泵，軸系還在持續(xù)冷卻收縮中，軸與軸瓦金因沒有潤滑油而產生干摩擦，就會拉動軸瓦產生位移變化，使軸瓦變化超出球面補償范圍，導致平行度惡化。

為了避免以上問題，采取了如下操作：(1) 在機組臨停期間，當軸系溫度接近室溫時，停止頂軸油泵運行；(2) 在2015年冬季停機期間，2，3號機組控制缸溫在50 ℃以下，停止頂軸油泵運行，未出現(xiàn)頂軸油壓力差超出標準的現(xiàn)象。

綜上所述，按照程序要求控制好檢修工藝、充排氫速率、頂軸油泵停運時間，完全可以避免頂軸油壓差超出標準導致的軸瓦溫差過大的問題。運行機組按照規(guī)定執(zhí)行后，再未出現(xiàn)頂軸油壓差超標現(xiàn)象，運行中發(fā)電機軸瓦溫度及溫差都控制在很小的范圍內，從而徹底解決了這個問題。

1 中國動力工程學會．火力發(fā)電設備技術手冊(第2卷：汽輪機)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998.

2 魏海峰．汽輪機可傾瓦軸承頂部間隙測量方法探討[J]．湖南電力，2016，36(6)：82-83.

3 史衛(wèi)剛．汽輪機可傾瓦的特點與檢修工藝[J]．河北電力技術，2003，22(12)：35-37.

2017-04-06。

李永權(1968—)，男，工程師，主要從事核電站維修領域的統(tǒng)一管理工作，email:liyongquan@cgnpc.com.cn。

姜海濤(1989—)，男，助理工程師，主要從事核電汽輪機設備的檢修工作。