660 MW 汽轮发电机组可倾瓦轴承温度异常分析

唐 峰，宁玉开，韩 江，黄康照

（山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250002）

0 引言

某电厂660 MW 超临界抽汽机组汽轮机是一次中间再热、单轴、反动式汽轮机。发电机型号为60WT23E-138，采用水-氢-氢冷却方式、额定转速为3 600 r／min、频率60 Hz 的发电机。机组抽汽主要为海水淡化提供所需的蒸汽。在机组启动的过程中，发电机非驱动端可倾瓦轴承出现温度异常的现象。

1 机组轴承布置方式及其特点

汽轮发电机组采用单支点轴承布置方式的设计［1］如图1 所示。其中，汽轮机高压转子、发电机转子设计为两个轴承支撑，汽轮机低压转子和励磁机转子设计为只有一端有轴承支撑、汽轮机中压转子未设计轴承支撑，机组共有5 根转子6 个轴承组成。采用单支点轴承布置可准确定义轴承负载，较高的负载可防止油膜震荡、不稳定的风险低，在相同的轴承负载下，轴承的直径较大对扭应力有较大的安全系数，对中容易。

图1 单轴承支承轴示意

1 号、2 号、3 号、4 号轴承采用袋式轴承［2］，轴瓦采用密闭设计由轴瓦上下半组成，内部有乌金内衬，柱形定位销固定上下块，并由螺栓紧固。轴瓦位于轴承箱之中。轴瓦由调节块卡住定位。如轴瓦高度上下可通过增加或减少垫片的方式调节。上部的调节块装备有圆柱销，用来保护轴瓦，防止轴瓦转动。润滑油从轴承座横向通过进油孔以楔紧式进入轴承箱，此进油孔位于结合面处。从进油孔进入后以绕行轴系方式从两端进入轴瓦下轴瓦，还设置了顶轴油囊，进油量可通过阀门控制调节，来控制大轴顶起高度。双支热电偶用来测量轴瓦下半部分温度。这种轴承轴瓦自调性较好，承载能力大，加工方便。

5 号和6 号轴承采用五瓦可倾瓦轴承，该轴承减轻了发电机上的螺旋振动，螺旋振动也叫Newkirk效应，这种现象出现在各种类型的涡轮机械上，是由摩擦产生的轴表面上的振动诱发热点导致的。经测量，发电机非驱动端轴承上的相对轴振动接近跳闸水平。发电机依靠球窝枢轴可倾瓦轴承，成功地消除了振动，并将临界速度调整到额定速度以上，这种轴承可嵌入现有的径向空间，从而成为一种嵌入式替代产品，不必改动底座。在性能方面，新型轴承被要求具有最大刚度系数，特别是在直接耦合的水平面。在原来的固定尺寸轴承的空间限制内，新的设计需要产生可接受的负载支撑力和进油口流速，提供双重绝缘能力，以防止轴电流通过轴承接地。球窝枢轴可倾瓦设计对于由大型旋转设备中机械负载或热效应所导致的轴错位具有高度的适应能力。球窝枢轴设计可消除通常与传统枢轴有关的枢轴磨损，因此不必对轴承进行保养。润滑油从轴承座横向通过润滑油喷嘴方式进入轴承，两块下轴瓦还设置了顶轴油囊，如图2 所示。

2 5 号轴承温度异常情况

汽轮发电机组正式启动前，需要对氢气冷却系统进行吹扫清洗［3］，在氢气冷却器入口加装临时清洗滤网，系统充入洁净的空气，机组从盘车转速升至额定转速的80%左右维持转速10～15 min，然后打闸，转速降至500 r／min 左右再次挂闸冲转，连续进行吹扫5 次，吹扫清洗完成后拆除临时滤网，如图3所示。

在发电机首次进行吹扫的过程中，根据设计当机组转速升至3 240 r／min 时，交流润滑油泵和交流顶轴油泵联锁停止，油泵联停后机组各轴承温度均有上升，五号瓦温度最高升至118 ℃（轴承温度高报警值115 ℃，跳闸值120 ℃），第1 次吹扫完成后调整系统润滑油系统压力，机组采用ISO VG 46 润滑油，将润滑油系统压力由0.17 MPa 调整为0.21 MPa，继续进行发电机空气吹扫。五号轴承温度仍然过高维持在报警值附近。

图2 5 号轴承外型

图3 发电机空气吹扫流程

发电机吹扫恢复、气体置换完成并将5 号轴承进口节流孔板拆除后，机组首次冲转，机组转速升至3 300 r／min 时，机组由于5 号轴承金属温度高保护跳闸，转速降至500 r／min 以下，再次挂闸冲转机组转速升至3 100 r／min 时，机组再次由于5 号轴承金属温度高保护跳闸。

3 5 号轴承温度偏高的原因分析

3.1 轴承温度偏高原因分析

1）轴承温度测点测量不正确，热电阻的阻值和绝缘不合格［4］。

2）轴承的润滑油流量达不到设计要求，润滑油管路在轴承箱内出现泄露，导致润滑油进入轴瓦实际流量偏少，进而观察到轴承的回油温度在正常范围以内，而出现轴瓦的温度高的情况。

3）轴承底部两块轴瓦乌金面脱胎、损伤，进而破坏了轴瓦油膜的稳定性，导致了轴瓦温度的异常升高。

4）油质中存在颗粒造成轴瓦表面受损［5］。在进行机组启动冲转前，按照要求已对润滑油油质进行了化验，油质化验等级为NAS 6 级，在机组跳闸后对机组润滑油进行了再次取样并化验，油质满足厂家和规范要求，因此油质中存在颗粒对轴瓦表面造成受损的可能性被排除。

5）机组润滑油运行油温升高，机组在运行过程中润滑油不仅在各轴承中形成润滑油膜，同时还起到对机组各轴承的冷却作用，即机组润滑油在运行过程中通过循环带走各轴承由于摩擦所产生的热量，从而保证各轴承的运行温度在设计要求范围以内，所以润滑油运行温度的升高会影响润滑油对轴承的冷却作用，进而造成机组各轴承温度的上升。通过查询润滑油系统运行历史记录，润滑油温度稳定在45℃，排除了润滑油温度对轴承温度高的影响。

6）轴承箱内顶轴油管路出现泄漏，在转速升高的过程中，无法形成有效地压力油楔，造成轴承金属温度高。

7）轴承不能形成润滑油膜，使转子与轴承之间的摩擦系数增大，导致轴承温度过高。

3.2 5 号轴承温度偏高的主要原因

当汽轮机高压转子平均温度低于150 ℃，具备停运盘车条件，随即停运盘车、顶轴油及润滑油系统，对5 号轴承进行解体检查。

轴径和各轴瓦表面均正常，无磨损及刮痕等。

对轴承箱内的顶轴油管路和润滑油管路进行检查，顶轴油和润滑油管路完整无泄漏，排除了顶轴油和润滑油管路泄漏对五号轴承温度高的影响。

对轴承各安装参数进行复测均在设计要求范围内。

针对测点进行检查，验证了热电偶的电缆类型符合设计要求，检查了接线盒的电缆接线正确，通过热水和凉水对热电偶进行了验证并确认热电偶工作正常，热电偶的阻值和绝缘符合设计要求。

通过分析机组的运行参数并对轴承进行研究后确定5 号轴承的轴承润滑油膜不够，使转子与轴承之间的摩擦系数增大，导致轴承温度过高。

4 改进措施及处理效果

对设置了顶轴油囊两下瓦块的进油油楔的进行打磨加工，增加油楔的进油面积，五号轴承结构如图4 所示。

图4 5 号轴承结构及油楔加工尺寸

将底部两个轴瓦进油的润滑油喷嘴轴向表面两侧各加工1 mm。将底部3 个润滑油喷嘴中间孔直径从3.6 mm 增加到4.5 mm，如图5 所示。对底部两个轴瓦的顶轴油囊边缘的半径增加1 mm，如图6所示。

图5 润滑油喷嘴中间孔直径增大

图6 顶轴油囊边缘的半径增加1 mm

调整5 号轴承的顶轴油进油量由6 L／min 至12 L／min，在轴承恢复完成后，启动润滑油和顶轴油系统，检查确认各轴承的顶起高度都在设计范围以内（最小0.3 mm）。

对底部两个轴瓦进行渗透检测，通过渗透检测主要是检测底部两轴瓦是否存在乌金复合层边缘开口性脱层缺陷，通过检测排除了这一可能对轴瓦造成的影响。

在各项处理措施完成并系统恢复后，机组再次启动后5 号轴承的温度维持在97 ℃左右，满足厂家要求的低于报警值10 ℃的正常运行要求（报警值115 ℃，跳闸值120 ℃），润滑油进回油温度、振动均在正常运行范围以内，保证了机组的正常运行要求。

5 结语

通过对发电机组非驱动端轴承温度高的原因进行分析，得出5 号轴承不能形成足够润滑油膜，使转子与轴承之间的摩擦系数增大，导致轴承温度偏高，通过增加轴承油楔的进油面积、增大润滑油喷嘴中间孔直径、扩大轴瓦的顶轴油囊面积等改进措施对轴承进行改造增加轴承的润滑油膜，5 号轴承温度偏高问题得到解决。对同类型机组的调试和检修工作具有一定的参考价值。