汽轮机轴承的安装检修方法探讨

骆建成

（广东拓奇电力技术发展有限公司，广东 广州 510000）

汽轮机轴承的安装检修方法探讨

骆建成

（广东拓奇电力技术发展有限公司，广东 广州 510000）

文章概述和总结了在安装检修常规电站汽轮机支持轴承和推力轴承在安装检修过程中应注意的若干问题，可供安装检修公司和电厂相关专业参考。

轴承；轴瓦；轴颈

1 概述

轴承是汽轮发电机组轴系的重要部件，它承受转子的重力并支承转子的转动，对正常运行的汽轮发电机组轴系振动，轴瓦乌金温度，回油温度等起着十分重要的影响。现代大型汽轮发电机组通常使用的支持轴承都是圆筒轴承，椭圆形轴承，三油楔轴承和可倾瓦轴承等，轴承的设计合理与否，安装质量的好坏，对汽轮发电机组的安全稳定运行起着十分重要的作用。

2 汽轮机轴承的分类及支持轴承工作原理

汽轮机轴承可分两大类：一类是承担转子重量及不平衡重量产生的离心力和确定转子在汽缸内径向位置的支持轴承或称径向轴承。另一类是确定转子在汽缸中轴向位置和承受转子轴向推力的推力轴承。

支持轴承常见的轴承形式有圆筒形轴承、椭圆轴承、可倾瓦轴承和组合轴承（下部为可倾瓦，上部为圆筒形）等。

支持轴承的工作原理分别以圆筒形轴瓦和可倾瓦轴承为例子说明。

圆筒形轴瓦工作原理（见图1），轴瓦直径是大于轴颈直径的，在静止状态下，轴颈置于轴瓦底部，轴颈圆心 O’在轴瓦中心O的正下方，轴颈与轴瓦之间构成自上而下的楔形截面间隙。当连续向轴承内提供足量的润滑油，并使轴颈高速旋转（图示为顺时针方向旋转），右侧楔形间隙中有粘性的润滑油附在轴颈上一起转动，并带动各层油一起转动，而且将润滑油有宽口带向窄口，楔形间隙的进油量大于出油量，并且润滑油不可压缩性，使积聚在狭窄的楔形间隙中产生油压，当油压超过轴颈上的载荷时，就抬起轴颈，轴颈抬起后，楔形间隙增大，油压有所下降，轴颈又下落一些，直至楔形间隙內油压与轴颈载荷平衡，轴颈便稳定在一定位置上旋转。此时，轴颈与轴瓦间有油膜隔开，建立了液体摩擦，使轴承稳定工作。

图1 轴承中液体摩擦的建立

国内外大容量机组普遍采用一种较新形的轴承——可倾瓦支持轴承。可倾瓦轴承通常有3～5块或更多块能在支点上自由倾斜的弧形瓦块组成，其原理（如图 2）所示。瓦块在工作时可以随着转速、载荷及轴承温度（油粘度）不同而自由摆动，在轴颈周围形成多油楔。如果忽略瓦块的惯性、支点的摩擦阻力及油膜剪切内摩擦力等的影响，每块瓦块作用到轴颈上的油膜作用力总是通过轴颈中心的，不易产生轴颈的失稳分力，因此具有较高的稳定性，理论上可以完全避免油膜振荡的产生。另外，可倾瓦可以自由摆动，增加了支承柔性，能吸收转轴振动能量的能力，即具有很好的减振性能。

图2 可倾瓦支持轴承原理图

3 轴承的安装及检修

轴承运抵施工现场，应组织施工单位、监理公司、设备供货商及业主等有关人员进行共同开箱，按装箱单清点设备，检查设备数量是否齐全，外观检查设备是否有碰撞损伤等现象，是否有严重的锈蚀现象。轴承解体要对各个零部件的位置打上记号，防止组装时装反方向和装错位置。轴承清洗干净后，检查轴瓦乌金是否有刮伤等现象，施工现场有条件的应通知金检人员对轴瓦乌金进行着色检查，检查轴承乌金是否有裂纹、气孔、夹渣、脱胎等缺陷。如果施工现场没有条件进行着色检查，应进行浸泡煤油试验，把轴承放在煤油箱里面，煤油深度要能淹没整个轴承，浸泡二十四小时之后吊出来，用碎布把煤油抹干净，在轴承的表面涂上一层白石灰水，等到白石灰水风干之后，检查轴承瓦胎与乌金接合处是否有煤油渗出而浸湿白石灰水，分析判断轴承瓦胎与乌金之间是否有铸造不严实而脱落的现象。

虽然制造厂在设计制造轴承时已计算好轴承的承载能力和轴承的温度。但考虑到加工精确度，轴承瓦胎铸造后风化时间是否足够或者气候的变化而造成轴承变形，就有可能产生转子轴颈与轴承乌金接触面积达不到 75%的要求，在以后运转过程中就会造成轴承乌金温度局部偏高。因此在安装施工过程中必须对轴颈与轴瓦乌金接触面积进行检查。其方法是：把支承转子的两个下瓦吊装在轴承座里，在转子轴颈处涂上红丹，把转子水平吊放在轴瓦上面，盘动转子，使涂了红丹的轴颈与轴瓦乌金发生磨擦，然后吊出转子，检查轴瓦乌金上面红丹的接触情况。接触面积达不到图纸要求的，应用刮刀把凸出部分修刮掉，修刮用的刮刀刀口不能起线，刀口平整，同时要尽量保证乌金表面修刮后平滑过度，如此反覆进行直致其接触均匀。修刮时要把顶轴油进油孔封堵好，以免刮出来的乌金屑掉进去而把顶轴油进油堵死。

轴承在设计时已经考虑到轴承进油压力和进油量，如果轴瓦中分面有间隙，不能够密封有泄漏现象就会造成轴承进油压力降低，进油量减少，这样会影响轴瓦的乌金温度和回油温度，油膜厚度，因此必须要检查轴承中分面的接合情况。把轴承上下半组合并拧紧中分面螺栓的情况下，用 0.05mm塞尺检查不能塞入通过，如果局部地方间隙偏大，要进行研磨修刮，修刮时铲刀的切削方向要与油的泄漏方向成垂直，以免由于铲刀口的不平滑造成加工起槽产生泄漏现象。

为了使轴承和转子轴颈在纵向方向能更好地接合，固定式轴承（如圆筒轴承、椭圆轴承、三油楔轴承等）瓦套和轴承衬瓦套之间一般设计有球面配合，轴承运抵施工现场后，其球面之间的接触要进行检查。考虑到轴承衬瓦厚度不大，刚度不够，容易发生弹性变形，检查时要把整个轴承组装好，在轴承瓦套球面处均匀涂上红丹，把整个轴承组装，插上中分面定位销，拧紧中分面螺栓，上下左右摇动轴瓦。如果轴瓦和瓦套之间紧力配合，轴瓦摇不动，可调节中分面螺栓的紧力使其能摇动，使轴瓦和瓦套球面的表面之间发生磨擦，两个球面的表面就会有接触的痕迹出来，接触不良的要进行修刮。修刮过程要尽量保持其表面的光洁度，不能用角磨砂轮机等较为粗糙的加工工具进行修刮，应该选用铲刀，油光锉刀等较为精细的加工工具进行修刮。每次修刮的切削量不能太大，分多次慢慢进行，等到接触点均匀分布后，其表面用金相砂纸进行抛光。球面检修完成之后要经施工单位质量部、监理单位工程师、业主等有关部门的人员检查验收确认。球面经过修刮后，其配合间隙（或紧力）会发生改变，因此必须进行重新测量。采用压铅丝的办法进行，由于间隙较小（有些轴承设计是紧力）在轴承瓦套中分面处加临时垫片把上瓦套垫起，临时垫片的厚度选定后，铅丝的直径要与之相对应，铅丝的压缩量不能超过其直径的二分之一，压缩量过大，测量出来的数值不准确，最好压缩量是铅丝直径的三分之一左右。把铅丝弯成一个圆形，放置在轴承球面的顶部中间处，轴承瓦套中分面处放置临时垫片，组装轴承，插上定位销，对角均匀拧紧中分面螺栓，用塞尺检查轴承瓦套纵向前后的间隙是否一致。（如果前后间隙偏差过大要分析原因，找出原因并加以处理后重新测量），检查如果无异常，把中分面螺栓松开，拨出定位销，吊起上半瓦套，用外径千分卡尺测量铅丝的厚度，用铅丝的厚度减去临时垫片的平均厚度，是正值即表示是间隙配合，若是负值即表示紧力配合。如果得出的数值与设计要求不相符，要进行处理，间隙过大（紧力偏小）可以修刮轴承瓦套中分面来进行调整，间隙过小（紧力偏大）可以在轴承瓦套中分面加不锈钢垫片调整。

根据支持轴承的工作原理，每个轴瓦应有足够的润滑油量及时把轴瓦内的热量带走，才能保证轴瓦乌金温度始终保持在允许的范围之内（在70℃～90℃的范围内，是正常状况，极限≤100℃～110℃）这就要求轴颈和轴瓦之间要有足够的间隙。也就是说在运行状态下，要有足够的供油量来保证油膜的厚度，为了能够保证轴瓦有足够的供油量，在圆筒瓦轴承和椭圆轴承下瓦左右中分面往下开一个进油油囊，油囊的宽度和下瓦进油口的宽度一样，长度是把下瓦内半圆周长分成三等份。左右油囊各占三分之一，油囊的下部修刮成半椭圆形，其深度是底部半椭圆形处0.05～0.10mm，靠上端轴瓦中分面处是0.60～0.80mm。机组运行时，油囊里面充满着润滑油，转子轴颈高速转动时就有足够的润滑油被带到轴颈下方而形成较大的油膜厚度，油囊里面的油在转子轴颈高速转动的带引下，也是在高速转动，自上至下油膜压力在不断升高，如果油囊表面修刮不平滑就会造成油膜压力波动，造成“油膜振动”而引起转子产生振动，因此油囊表面自上至下要平滑过渡。修刮时可将油囊的长度分成约干等份，每等份处画上记号（等份越多越精确），计算出各等份处的深度。若靠轴瓦中分面处深度是 0.80mm，往下四分之一处深度0.60mm，中间处深度0.40mm，再往下四分之一就是0.20mm，最低处就是0.05mm（如图3）所示。油囊深度的测量办法是用一把比轴瓦宽度稍长的直尺（如深度游标卡尺的主尺）靠在轴瓦上压实，用塞尺测量各等分记号处的深度，各等份处的深度修刮到符合要求，油囊的表面就较平滑，不会形成波浪形。由于各制造厂的设计要求不同，油囊是否要加工修刮，加工深度是多少要征得制造厂的确认之后，方可进行修刮，以免造成不应有的错误。

图3 支持轴承油囊修刮示意图

考虑到汽轮机组在安装和以后的检修中，便于轴系中心的调整，设备制造厂在设计和选用不同轴承型式的基础上，根据轴承的结构型式和位置等因素设计选用不同的支承型式,把轴承支承固定在轴承座上面。有选用无瓦枕支承固定方式，有些选用固定（不能折卸）的瓦枕支承方式，还有些选用可拆装调整瓦枕支承方式，转子的重量和轴承的重量是靠瓦枕支承在轴承座上面，使用调整垫片调整轴系中心，垫片的张数不能太多，部颁标准不得超过三张。可拆装调整瓦枕支承固定方式下瓦通常是两块或叁块瓦枕支承，上瓦顶部设有一块瓦枕，瓦枕和轴承座之间要求接触严密，由于转子的载荷较大加上转子是高速转动，如果瓦枕与轴承座之间接触不够严密会造成转子的振动。因此，当轴承，轴承座，转子等设备运抵现场，轴承进行检修后，把下瓦吊放在轴承座上面，吊进转子，测量转子对应油档洼窝的中心位置，根据测量出来的数据，调整瓦枕垫片厚度，达到转子对应油档的洼窝中心。由于瓦枕与轴承座洼窝是圆孤形接触，调正之后瓦枕圆弧几何尺寸发生变化，与轴承座洼窝圆弧几何尺寸不符合，因此必须修刮瓦枕的圆弧达到与轴承座洼窝圆弧相吻合。各瓦枕垫片调整量计算，是根据瓦枕中心和轴承园周中心点的连线与轴承垂直中心线的夹角θ来计算（见图4），需要调整的数值和COSθ的乘积。即为该瓦枕调整垫片的调整量（例：转子要升高0.10mm，底部瓦枕调整垫片加厚0.10mm，左右两块瓦块的调整垫片，调整量是0.10mm×COSθ）。

汽轮机扣大盖之前，瓦枕的研磨不用翻瓦可直接在轴承上面研磨。但汽轮机扣大盖后，待基础二次灌浆完成，连通管导汽管安装完毕，转子联轴器连接前的轴系中心复查，由于转子不能吊走，就需要把下瓦翻出来才能修刮。考虑到在翻瓦过程涂在瓦枕上面的红丹接触点有部分是翻瓦时由于瓦枕和轴承座洼窝表面发生磨擦而产生的接触假点，因此在下瓦翻出来之前，使用塞尺检查瓦枕与轴承座之间的接触情况，判断确认那些接触痕迹是真，那些接触痕迹是假。如果把所有的接触痕迹都研磨掉，很难把轴承瓦枕修刮好。轴承瓦枕接触要达到均匀接触，接触面积不能少于 75%，且 0.03mm塞尺不能塞入。有些轴承设计时轴承瓦枕处开有进油孔，进油孔的整个圆周必须接触严密，以防漏油而造成轴瓦进油压力降低进油量减少。

汽轮机轴系一般都设置有推力轴承，用来承受轴系的轴向推力。其推力盘，油膜，推力瓦块之间的工作原理与支持轴承类似。只是其载荷不是转子的重量，而是轴系的轴向推力。推力轴承分为工作侧瓦块和非工作侧瓦块。检修时要检查测量每侧瓦块的厚度差。同侧瓦块的厚度差不能超过0.02mm。根据转子的旋转方向确认瓦块的进油方向（工作侧与非工作侧方向相反）。在进油方向处要修刮进油油楔。瓦块与推力盘之间的接触的检查，由于瓦块间存在厚度差，瓦块与推力盘之间的接触情况不能单独进行，采用模拟运行状态进行。组装好推力瓦，轴向加力（约5吨左右）推动转子，使推力盘与推力瓦块贴实后盘动转子。涂在瓦块上的红丹就会有接触痕迹出现。同样的办法检查另一侧瓦块的接触情况，接触不均匀的要进行修刮，直至修刮到每块瓦块接触良好受力均匀。各个推力瓦块接触合格后，才能进行推力间隙测量工序。若推力间隙不符合设计要求，可调整支持环背后的调整垫块厚度来达到。

汽轮机扣完大盖，轴系中心的复查结束，靠背轮连接完毕，润滑油的油质经化验合格，油循环结束后，轴承的安装进行正式封闭工作。考虑到润滑油质的问题，整个轴承必须彻底清洗并用压缩空气吹扫干净。轴瓦的各项安装数据需最后测定确认。顶轴油进油孔必须确认里面无杂质通畅。下半轴瓦翻上来后，应马上封堵好轴承座的进油孔，防止杂物掉进油孔里面。在轴系找中心盘车及翻瓦的过程，有可能造成转子轴颈和轴瓦乌金拉毛。此时转子轴颈处需用麻绳加润滑油泡光滑，轴瓦乌金表面使用刮刀修刮光滑。轴瓦回装前要确认热电偶的完好，并用压缩空气把轴承吹扫干净，表面抹上润滑油。下半轴瓦安装到位后，最好重新检测热电偶是否完好。若是圆筒形轴承、椭圆形轴承，使用塞尺重新测量确认侧部间隙，采用压铅丝的办法重新测量轴瓦顶部间隙。可倾瓦由于瓦块可以活动，瓦块在翻瓦时要利用特制的固定螺钉（专用工具）拧入瓦块内，将瓦块固定在轴承套上面，防止吊装时瓦块脱落。不能采用压铅丝的办法测量可倾瓦的顶部间隙。有些制造厂（如上海汽轮机厂600MW机组）在瓦套上面加工有测量用的孔，如果有测量孔的可用深度千分尺测量瓦块的提升量。如果瓦套上面没有测量孔（哈尔滨汽轮机厂300MW机组）的，用两颗特制的螺钉（专用工具）把瓦块提起来，用塞尺在瓦块前后处测量。由于瓦块前后摆动，用两把塞尺前后同时塞，取平均值即可以了。安装下半轴承，有个值得注意的问题，就是轴承防止由于转子转动带动其转动的定位销。如果设计在轴承水平中分面处，下瓦安装到位之后，最好用铜捧把轴瓦往回敲一点点，使定位销不受力。由于定位销受力，就有可能出现不靠定位销侧的瓦枕受力较重，底部瓦枕受力较轻，靠定位销侧的瓦枕不受力，造成瓦枕受力不均匀。轴承安装不到位，左右偏移，这样有可能引起转子运转时，轴承和转子的振动偏大。

[1] 陆颂元.汽轮发电机组振动[M].中国电力出版社, 2000(4).[2] 华东六省一市电机工程(电力)学会.汽轮机设备及其系统[M].中国电力出版社,2000(3).

[3] 银声音像出版社.火电厂汽轮机运行调试检修与维护技术手册第一卷、第二卷、第三卷、第四卷[M].

[4] 周礼泉.大功率汽轮机检修[M].北京:中国电力出版社,1997.

TM311

A

1008-1151(2011)08-0134-03

2011-05-12

骆建成，供职于广东拓奇电力技术发展有限公司。

图4