650MW核电汽轮机轴瓦磨损原因分析及处理

许福南 王 勇

中国核电工程有限公司

650MW核电汽轮机轴瓦磨损原因分析及处理

许福南 王 勇

中国核电工程有限公司

针对650MW全转速核电汽轮机冲转过程中轴瓦磨损的问题，分析了导致可倾瓦磨损的关键因素，并对轴瓦进行了修复和复装，保证了机组的顺利商运。

可倾瓦、颗粒物、自位能力

前言

汽轮机轴承的正常工作是机组长期安全经济运行的重要保障，因此研究轴承存在的问题就显得十分重要。汽轮机轴承常见的故障形式有两种：轴瓦温度高、轴瓦磨损。本文针对某核电站一期工程1号机组轴瓦磨损的问题进行了分析和处理。

1 机组轴系简介

该核电站采用的是单轴、双流、四缸、六排汽、带中间汽水分离再热器的反动凝汽式汽轮机，其型号为HN650-6.41，各转子间采用刚性联轴器联接。轴系示意图如图1所示(不含励磁机)，本机组共设10个支撑轴承， 1#到8#轴承都采用四瓦块可倾瓦。

图1 650MW核电汽轮机轴系示意图

2 轴瓦磨损及原因分析

2.1 轴瓦磨损情况

2015年12月14日，该核电站1号机组按计划进行168小时试运行。在汽轮机冲转到1100rmp时2#轴瓦温度迅速上升到约105℃后又下降到95℃，且汽轮机继续升速过程中2#轴瓦温度继续攀升。为保护汽轮机，在转速达到2800rmp时打闸。汽机堕转过程中2#轴瓦温度再次上升并大幅波动，最高峰值温度达130℃。

轴瓦温度出现异常后，检查测温元件发现温度测量系统正常工作，轴瓦温度测量值与实际值相符，确认了轴瓦温度异常的真实性，随后对轴瓦进行检查。经过检查发现，2#轴承上部瓦块有轻微磨损，下部瓦块严重磨损；大轴轴颈有轻微磨痕。其中轴瓦磨损情况如图2所示。

图2 轴瓦磨损情况

2.2 原因分析

2.2.1 轴瓦载荷分布的影响。汽轮机转子从冷态到热态过程中各转子的膨胀量不同，设计过程中会各转子中心有一定偏差。如果安装过程中偏差值与设计偏差值不符或各转子的膨胀量之差与设计偏差值不符，就必然会导致轴瓦负荷分配不均。此外，转子对接过程中不可能完全同轴，转子对轮张口在一定程度上也会影响轴瓦的负荷分配。

2.2.2 硬质颗粒物的影响。汽轮机正常运行过程中，轴瓦和轴颈之间存在一层0.06～0.1mm的润滑油膜，避免轴瓦和轴颈发生干摩擦。油膜厚度必须保持在一定范围，油膜过厚会发生油膜震荡，导致油膜不稳定甚至被破坏；油膜过薄则容易被油中的杂质颗粒物破坏。研究表明，那些直径为油膜厚度1/10～1/2的固体颗粒最容易破坏油膜。这些固体颗粒可以轻易进入轴瓦和轴颈之间的间隙，并且在流体动力学作用下容易产生堆积。聚集的固体颗粒物可以轻易破坏油膜，使轴瓦与轴颈发生干摩擦导致轴瓦温度上升；由于巴氏合金硬度较低，当颗粒团足够大时就会破坏巴氏合金，导致轴瓦磨损。该机组前几次冲转轴瓦就发生磨损，其原因可能是油系统冲洗不彻底或润滑油过滤不彻底，残留颗粒物在轴瓦与轴颈的间隙之间大量堆积从而导致轴瓦的磨损。

2.2.3 轴瓦自位能力的影响。可倾瓦在工作时可以随着转速、载荷及轴承温度的变化而自由摆动。这样可以保证轴瓦作用力总是通过轴颈中心，可以一定程度上避免油膜的震荡，因此具有较高的稳定性，这使它可以承受较大的比载荷。但由于结构复杂，对安装工艺要求较高。轴承间隙、轴承紧力、安装偏斜、底座垫片厚度、瓦块与轴承座球面之间清洁度等都会影响可倾瓦的自位能力。如果轴承自位能力较差，轴承载荷就不能均匀的分布在整个瓦面上，在设计比载荷较大的情况下很容易引起轴瓦局部载荷过大，油膜厚度降低导致瓦温升高。极端情况下甚至需要轴颈与轴瓦的直接碰撞摩擦才能自动调整定位。位置调整后轴瓦恢复正常，轴瓦温度会有所下降。当轴瓦再次回到自位能力较差的位置后需要轴瓦与轴颈再次碰撞摩擦。每次碰撞过程中轴瓦都会有轻微磨损，这样就会导致轴瓦从外端逐步向内磨损，同时轴瓦温度会不断波动。这与2#轴瓦温度变化趋势相符，可以认为轴瓦自位能力差是导致轴瓦磨损的主要因素。

3 处理及效果

针对以上分析，进行了针对性的检查及处理，主要进行了轴瓦的修复、检查及复装。

3.1 轴颈尺寸及油质检查

由于轴颈表面有一定划痕，现场对轴颈尺寸进行了测量。结果表明，轴颈椭圆度及不柱度均满足设计要求，无需进行处理。油质分析结果表明润滑油中颗粒物含量未超标，油质合格。

3.2 轴瓦修复

由于下部轴瓦磨损较为严重，首先对轴瓦表面进行削刮以削除划痕，同时根据测得的轴颈尺寸加工假轴。轴瓦表面划痕削除后抱假轴进一步削刮，直至轴瓦与假轴之间最小间隙小于0.02mm。修复完成后现场修刮进油楔以便润滑油进入。

3.3 轴承复装

轴瓦修复完成后，根据测量结果加工垫块至所需厚度，并进行清理后复装轴瓦，以避免混入杂质影响轴承自位能力。重新测量并调整轴瓦安装相关参数直至满足设计要求。

根据以上方法处理完成后，再次冲转过程中各轴瓦温度正常。此次处理效果良好，保证了一号机组的顺利商运。

4 结束语

随着汽轮机功率越来越大，对轴承稳定性及承载力的要求越来越高，可倾瓦的使用也越来越多。可倾瓦在安装过程中一定要注意安装工艺，必须保证各参数满足设计要求；油系统启动前必须对系统进行彻底冲洗；同时必须严格控制系统油质，避免轴瓦的磨损。

[1]哈尔滨汽轮机厂有限公司责任公司，HN650-6.41型汽轮机主机说明书，2012.

[2]中国动力工程学会，火力发电设备技术手册(第二卷 汽轮机)[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]黄祥君，郑华兵，苏志刚 核电汽轮机轴承温度偏高原因分析及处理措施.热力发电，2013.