汽轮机推力轴承故障原因分析与处理

马骏，孙敏，安海阳

（东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000）



汽轮机推力轴承故障原因分析与处理

马骏，孙敏，安海阳

（东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000）

推力轴承作为汽轮机的关键部件，其作用在于固定转子与汽缸之间的轴向相对位置并承受剩余轴向推力。由于球面加工质量、现场装配误差和轴瓦套受力变形等原因，轴瓦体与轴瓦套球面常出现球面卡塞并使球面自位能力失效的问题。文章对某电厂600 MW火电机组推力轴承瓦温偏高的故障进行了详尽的分析，结果表明轴承球面自位能力失效是瓦温偏高的最终原因，并给出了处理及预防此类故障的措施和建议。

汽轮机，推力轴承，球面自位能力，故障处理

1　前言

推力轴承是汽轮机中承受转子轴向推力并限制其轴向位移确保动静间隙的关键部件，其结构如图1所示，推力轴承通常由推力瓦、轴瓦体及轴瓦套3个部套组合而成，其中推力瓦通过各自所配用的螺栓把紧在轴瓦体上，轴瓦体与轴瓦套采用球面间隙配合实现推力轴承的自位能力。

汽轮机推力轴承一般采用3类结构形式：

（1）对于运行工况推力较小的机组，可采用整体结构式，推力瓦被180°分成两半，各瓦块靠成型磨具一次性修刮成型，该结构制造简单；

（2） 对于运行工况推力较大的机组，可采用米切尔式推力瓦块，相对上一种结构而言，制造略为复杂；

（3） 对于运行工况推力更大的机组，则采用均载块式可倾瓦推力轴承。

图1　推力轴承结构示意图

而在大功率机组中，轴向推力一般平衡得较好，加之固定瓦推力轴承在制造及安装中相对较简便又能满足实际运行的需求，故在大型火电汽轮机机组中，广泛采用固定瓦推力轴承。如图2所示，固定瓦推力轴承采用整圈扇形固定瓦结构，每个扇形固定瓦由斜面和平面组成，运行时，由斜面与转子推力盘的旋转平面构成油楔，在各扇形瓦块上形成动压油膜力，以便与轴向载荷平衡。

固定瓦推力轴承的测温点通常在圆周方向上布置4处（见图2），上下半各2个，本文沿转子的旋转方向由上至下依次命名为温度测点1、2、3及4。

图2　推力瓦结构示意图

2　故障简介

某电厂的600 MW汽轮机自投产以来，与其相配合的推力轴承（固定瓦形式）一直存有局部瓦温偏高的现象（见表1），该机组正常运行时推力大约10.58 t，轴承比压4.7 kgf/cm2，对应瓦温应该在66～68℃左右，但从表1可见，该机组的推力轴承自2010年投运以来，正上测温点1及正上测温点2处推力瓦块一直存在温度超限的问题，其中正上测温点2处推力瓦块的工作温度连续4年在90℃以上，最高达102℃，正上方测点1处推力瓦块的工作温度连续4年在85℃以上，最高达99℃。而与正上测温点1及2处位置对称的正下测温点3及4处位置的推力瓦块工作温度则常年处于60℃以内。另据现场收集整理的资料来看，该机此前虽经过数次整修，但效果不佳，现场只有在退出1#高加和2#高加状态下勉强带满负荷运行，此时，瓦温也勉强维持在100℃以下。但从2013年7月份以后，情况进一步恶化，瓦温随负荷的增加上升明显，高负荷时瓦温已超过报警值，严重影响了主机设备的安全运行。

表1　推力瓦块测点温度年最高值

3　原因分析

推力轴承运行过程中瓦温出现超标的原因主要有：

（1）测温元件故障或逻辑设置失误；

（2）润滑油油量供给不足；

（3）轴向推力超过设计值；

（4）由于加工及安装不当致使推力瓦个别瓦块与推力盘接触存在缺陷（见图3）；

（5）固定瓦推力轴承轴瓦体中分面错位；

（6）球面自位能力失效，瓦块偏载。

图3　推力轴承与推力盘配合示意图

原因不同，具体表现又各不相同，查阅该机组前几次的检修记录，可基本排除（1）、（2）、（3）、（4）条原因，其根本原因就是因瓦块负载不均，球面自位能力减弱，在之后的翻瓦检查中得以证明。

在接下来的翻瓦过程中发现，该机组的推力轴承主要有如下几个问题：

（1）轴瓦体中分面错口0.15 mm左右（轴瓦体上半向瓦温高侧突起）；

（2）松开瓦体中分面螺钉后，轴瓦体上半被轻松取出，中分面销子没有起到定位作用；

（3）将轴瓦体上下半把紧后放入下半瓦套内，用手动滑轮吊不动，着色检查球面接触后，发现正下方90°范围内仅有40%接触，而中分面处有严重卡涩（见图4）。

图4　中分面定位销位置图

综合上述检查结果分析，该推力轴承主要问题是在中分面处上下15°范围内有硬接触，同时，推力轴承瓦体中分面的定位销松动，在安装过程中没有及时发现或处理而带入运行，导致推力轴承在运行过程中并没有起到中分面定位的作用，使得轴瓦体上下半发生明显的错位，错位方向正好朝工作瓦面的上半距推力盘面较近方突出约0.15 mm左右，致使上半推力瓦块与转子推力盘之间的间隙偏小，加之在运行状态下球面不能跟随转子的挠度而自位，造成推力盘在间隙小的上半瓦上施力过重，没有将轴向推力均匀地加载在整圈推力轴承的瓦块上，结果是上半瓦温偏高而下半瓦温偏低。

4　故障处理

针对轴承现状，现场主要做了如下处理：

（1）修刮球面

用红丹粉检查球面接触，用瓦套与球体进行对研，将卡涩部位硬接触亮点处用手工抛光机打磨后，用油石进行打磨处理，使得下半轴瓦体球面在130°范围内均匀接触，当瓦体放入瓦套后两人可扭动瓦体，保证球面活动自如，修刮前后球面接触检查结果对比如表2所示。

表2　球面复查结果

（2）配置轴瓦体中分面定位销

销孔用铰刀重新铰制，使中分面错位降低至0.02 mm，并重新配作瓦体中分面销子。

经过治理，启机后该机组推力轴承在现场运行中，满负荷下各瓦块温度均没有超过80℃，并且各测点温差不超过3℃（见图5），由此可见，轴承球面自位能力是影响瓦块温度的重要因素。

图5　修复后轴承温度值

5　总结

影响推力轴承性能的因素很多，球面自位能力优劣是非常重要的影响因素之一。球面自位能力受多种因素影响，其中现场安装质量尤为重要。

因此，新轴承到现场后，安装人员要严格按照设计（或工艺）指导书进行，在保证球面下表面接触要求的情况下适当打磨球面两侧面的硬接触，最终让球面转动自如，进而从根本上解决轴承自位能力差带来的问题，保证轴承的安全稳定运行。

［1］山西省电力工业局.汽轮机设备检修技术［M］.北京：水利电力出版社，1985.

［2］翦天聪.汽轮机原理［M］.北京：水利电力出版社，1985.

［3］汽机设备检修工艺规程［Z］.石嘴山发电厂企业标准，1995.

Analysis and Treatment of Failure Causes of Thrust Bearing for Steam Turbine

Ma Jun，Sun Min，An Haiyang
（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

Thrust bearing is a key component of the steam turbine，it is used to fix the relative axial position between the rotor and cylinder，and bear the residual axial thrust.The bearing sleeve and spherical body are often jammed to make the bearing lose self-aligning ability due to the spherical surface machining quality，on-site assembly errors and force deformation of bearing sleeve，etc.In this paper，failure reasons of high temperature for the thrust bearing of a 600 MW thermal power unit are analyzed.The result shows that the failure of self-aligning ability is the ultimate caused the high temperature of the bearing，and it finally gives methods to treat and prevent such failures.

steam turbine，thrust bearing，self-aligning ability，fault treatment

TK262

A

1674-9987（2016）03-0011-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.03.003

马骏（1982-），男，工程师，2005年毕业于湖南大学工程力学系，现主要从事汽轮机主机设计工作。