径向圆柱形轴承频繁碾瓦的原因及处理

方亮

摘 要：针对某电厂两台机组6、7、8号轴承轴瓦温度高及启停机过程中瓦块频繁碾瓦烧损的问题，通过进行系统分析，逐步定位故障原因：轴承座内球面损坏造成了轴承自位能力较差。本文进一步针对该问题提出了多种修复方案，并对比分析了各方案的优缺点。最终选择通过机加工方法修复轴承原有主球面垫块的方案。以修复完好的球面作为基准面，再手工修配轴承座内球面的方法，提高轴承的自位能力，彻底地解决了该缺陷，可为同类故障的检修、维护提供参考。本文可为同类故障的检修、维护提供参考。

关键词：轴承;汽轮机;温度;修复;碾瓦

中图分类号：TM621

Abstract：In view of the high temperature of NO. 6， 7 and 8 bearing bushes of two units in a power plant and the frequent grinding tiles during the start and stop process， the fault causes are gradually located through systematic analysis： the spherical damage in the bearing seat causes the poor self-positioning ability of the bearings. This paper further puts forward a variety of repair schemes for this problem， and compares and analyzes the advantages and disadvantages of each scheme. Finally， the scheme of repairing the original main ball surface cushion block of the bearing by machining method is selected. Taking the repaired spherical surface as the datum plane， and then manually repairing the spherical surface in the bearing seat， the self positioning ability of the bearing is improved， and the defect is completely solved， which can provide a reference for the repair and maintenance of similar faults. This paper can provide reference for the repair and maintenance of similar faults.

Key Words： Bearing; Steam turbine; Temperature; Repair; Grinding tile

隨着节能意识的不断提高，大容量、高参数火力发电机组大规模投建，这同样使得汽轮发电机设备的大型化问题。单轴布置的汽轮发电机变得更长，需要更多、更大的轴承支承转子旋转做功。轴承工作状态与汽轮机的运行状态密切相关，轴承问题也会造成汽轮机诸如振动异常、瓦温异常等问题，严重时甚至会造成停机事故。因此，针对汽轮机轴承故障问题的研究也得到了广泛的关注[1]。

汽轮机本体主要包括推力轴承、径向轴承，不同作用的轴承其工作机理存在一定的差异性，因此造成故障的原因也并不相同[2，3，4]。轴承工作异常主要表现为机组振动异常[2]、瓦温超温等问题[5]，进一步会产生碾瓦、烧瓦等轴承损伤问题[6]。而造成汽轮机轴承损伤的原因又纷繁复杂，轴承供油问题[7]、轴承负荷分配不合理、转子对中问题等[8]，而每类问题又对应更多故障原因。

以轴承供油问题为例，油路损坏[6，9]、油质差[10，11]、轴承自位能力差[12]、轴承制造工艺缺陷[13]、运行方式不合理[7]。并且许多轴承损伤事故并不是由单一原因造成的，多个故障相互耦合，使得诊断变得更加困难，需要通过大量的分析才能逐步定位出故障原因并给出针对性的处理措施[14]。

本文针对某电厂5、6号机组6、7、8号轴承频繁烧损缺陷的处理过程和结果进行总结，对故障表征开展系统性分析，逐步定位故障源，并提出了相应的处理措施，彻底解决了长期困扰机组正常运行的碾瓦问题。

1 设备概况

1.1 设备概况

某电厂5、6号600MW亚临界机组为单轴式布置，除励磁机外每一转子各自支撑于两径向轴承上，整个轴系共有11只轴承。其中6、7、8号轴承为径向圆柱形轴承。如图1所示，整个轴承体上共有4块球面垫块，其中下方45°角两块球面垫块为主球面垫块。另有顶部球面垫块，与轴承座内球面有0.20～0.30mm的间隙，底部球面垫块与轴承座内球面有0.03～0.05mm的间隙。

1.2 事故描述

自投产以来，两台机组的6、7、8号轴承一直存在两点瓦温偏高的缺陷。其中以5号机8号轴承为代表，正常运行中轴承乌金温度轴向前后两点温度差最高可达到20℃。启停机过程中5号机8号轴承瓦温高的问题更为突出，经常由于轴瓦瓦温高导致轴瓦乌金起皮，堵塞顶轴油孔，影响机组正常开停机。

据不完全统计，2008年至2013年，仅5号汽轮机就在启停机过程中发生5次轴承瓦温高碾瓦烧损的情况，如表1所示。

2瓦温高的原因分析

2.1 常见导致瓦温高的原因

2.1.1 轴承供油量不足

汽轮机滚动式轴承的冷却主要依靠润滑油。供油量不足会导致轴承冷却不足，瓦温偏高。

2.1.2 轴系载荷分配不均，轴承负载过高

如汽輪机中心调整不佳，会使个别轴承负载过高，瓦温偏高。

2.1.3 轴承内进异物

如润滑油颗粒度大或者轴承检修后未清理干净，导致轴承内进异物，可能会损坏乌金及轴颈，导致轴承瓦温偏高[15]。

2.1.4轴承自位能力不佳

轴承自位能力不佳，汽轮机在开停机过程中发生的位置变化无法通过轴承自位来进行位置调整，载荷未均匀分布在轴承上，会导致轴承局部温度过高而烧损。该种情况常见的现象是轴承前后两点瓦温偏差较大，翻瓦检查时乌金烧损起皮现象在轴向通常靠近一端[16]。

轴瓦自位的原理主要依靠轴承底部球面垫块凸面与轴承座内球面在基本同心同直径的情况下，凹凸球面基本可以达到全接触，在两个球面均达到足够的光洁度时，两球面可以向任意方向进行滑动而不受到阻碍。从而使轴瓦可以随转子轴颈的方向变化而任意变化，并达到轴瓦与轴颈均匀接触，进而使轴瓦各处受力均匀，瓦温均匀。

2.2轴承频繁碾瓦烧损的原因

按照径向轴承安装技术要求，轴承安装到轴承座内时，需要调整球面垫块和垫片，使主球面垫块与轴承座内球面有75%以上的均匀接触。在接触良好的情况下，径向轴承可在轴承座内转动自如。当轴系受力发生变化时，径向轴承可随着受力变化自我调整位置，平衡整体受力，起到自位作用[17]。

该电厂圆柱形轴承瓦温高的表现一般为前后两点的温度差较大，最高偏差达到20℃。这是轴瓦在机组启停过程中未能随轴颈扬度的变化进行自我调整，轴瓦的一端与轴颈接触比较多而另一端脱空，造成受力不均而瓦温高。

从多次的检修情况来看，每次翻瓦检查时，主球面垫块和轴承座内球面损伤严重，相互间无明显滑动痕迹，可以判断轴承自位能力不佳是5、6号机组6、7、8号轴承频繁碾瓦主要原因，如图3、图4所示。

5、6号机组6、7、8号轴承体上的主球面垫块及轴承座内球面在基建中心调整时均进行过修磨，因修磨能力不足已将两个配合球面彻底破坏。通常翻瓦检修时，对接触面的修补一般以轴承座内球面为基准面，压红丹检查轴承主球面垫块的接触情况。但由于基准面实际已经破坏，虽然压红丹粉检查时接触面积显示75%以上，但实际上两个球面在受力情况并不能自由活动。这也是多次翻瓦处理没有效果的原因。

3 配合球面的修复方式及效果

3.1 基准球面的选择

通过对比多种方案，最终采取了通过机加工将轴承原有的主球面垫块修复为完好的球面，并以此作为基准面，再手工修配轴承座内球面的方法，提高轴承的自位能力，彻底地处理该缺陷。

轴承主球面垫块及轴承座内球面的修复难点在于基准面的选择和轴承体球心的定位。由于主球面垫块与轴承座内球面均损坏严重，因此，需要首先选取一个标准球面作为基准面。

基准球面的选择可以采用更换新的主球面垫块及使用原有主球面垫块两种方式。采用新的球面垫块作为基准面存在以下问题。

3.1.1新球面垫块的定位问题

虽然新、旧主球面垫块的外球面理论上为同心同直径球面，但事实上加工上的误差及定位的不准导致两块新的球面垫块安装后球心很难调整到同一位置，也很难与轴承体调整到同心。

3.1.2 定位销孔及进油孔的加工

由于新的球面垫块上并没有加工进油孔和定位销孔，而新旧配合加工存在一定的难度，特别是定位销孔的加工必然将废弃或破坏原有销孔。

对比以上情况，旧的主球面垫块虽然有损伤。但总体的位置及中心偏差有限。因此，利用旧的主球面垫块成为一种必然选择。

3.2 主球面垫块的修复

将旧的主球面垫块装在轴承体上整体在球面加工机床上加工，可利用受损情况较小的顶部球面垫块和底部球面垫块作为找正的依据。这样既可以保证两块主球面垫块的球心为同一点，同时也能保证主球面垫块与轴承体同心，且不需要加工进油孔和定位销孔。

轴承座内球面的修复则以加工后的主球面垫块为基准面，对轴承座内球面进行修复。具体做法是将轴承体落入轴承座内后红丹粉检查凹凸球面的接触面，低点补焊，高点修刮。焊接方法采用微弧焊（减少瓦枕变形，同时可以控制补焊量），修刮采用刮刀挑硬点。全部完成后用细颗粒研磨砂进行研磨，金相沙皮打磨提高光洁度。

处理完成后，轴系中心根据修磨量进行细微调整即可。

3.3 处理后的效果

该电厂5、6号汽轮机6、7、8号轴承经过处理后，轴承前后两点偏差大的情况明显消除，轴承温度长期保持在88℃以下，且前后两点温度差均小于10℃，如表2所示。自两台机组进行同样工艺方案处理后，两台机组运行累计时间已超过30 000h，运行和启停机过程中再未发生过因轴承温度异常升高导致的轴瓦烧损事故，为机组的安全稳定运行提供了良好的保障。

4 结语

本文针对电厂5、6号汽轮机径向圆柱形轴承频繁烧损的原因展开分析，结果显示造成碾瓦的主要原因为轴瓦主球面垫块及轴承座内球面损伤导致接触不良而自位能力不佳。通过对两配合球面的处理，提高球面的接触面积及光滑度可以有效地解决正常运行过程中瓦温偏差大、启停机过程中轴承烧损等影响机组安全运行的重大隐患。同类型机组及同类型的轴承对存在类似的缺陷情况处理可以参考处理。

参考文献

[1] 顾家辉. 大型汽轮发电机滑动轴承启停机过程性能研究[D].南京：东南大学，2019.

[2] 何国安，刘永民，杨金星，晋树伶，张学延.推力轴承对汽轮机径向振动的耦合分析[J].热力发电，2018，47（10）：115-119.

[3] 曹亚伟.高速可倾瓦轴承的摆动失稳机理及性能调控技术研究[D].西安：西安理工大学，2020.

[4] 李世杰.660MW超超临界机组1#、2#轴瓦异常情况分析及改进[J].东方汽轮机，2011（4）：67-72.

[5] 马旭，白广臣，邱杨.1000MW汽轮发电机轴承温度高故障分析及处理[J].电力与能源，2021，42（2）：231-234.

[6] 王辉.汽轮机滑动轴承低速烧瓦原因分析[J].轴承，2019（10）：39-42.

[7] 郑展友，李辉，傅滨.300MW汽轮机低速碾瓦的分析及处理[J].山西电力，2012（4）：60-62.

[8] 杨晓伟，李国明，谢澄，等.660 MW亚临界汽轮机可倾瓦轴承碾瓦事故分析[J].发电设备，2016，30（3）：188-190，193.

[9] 阮圣奇，胡中强，刘庆刚，等.汽轮机轴承金属温度偏高原因分析[J].发电设备，2013，27（1）：24-26.

[10] 丁志龙，童大鹏.汽轮发电机推力轴承磨损原因分析及预防措施[J].机电技术，2020（5）：55-56，86.

[11] 蒋序东，许金峰.1000 MW超超临界机组汽轮机低转速轴承烧瓦的分析及处理[J].浙江电力，2016，35（1）：42-45，52.

[12] 李昆，安海阳，赵卫军.汽轮机推力轴承球面自位能力及其影响因素分析[J].东方汽轮机，2019（4）：6-9，15.

[13] 韩景复.国产1000 MW汽轮机低速碾瓦问题探讨[J].广西电力，2010，33（4）：58-59.

[14]赵新磊.660MW超超临界汽轮机盘车时轴瓦磨损应急处理[J].机电信息，2016（3）：30-31.

[15] 曾伟光，王学成.亚临界600MW汽轮机大修6瓦温度高检修对策[J].广东电力，2014，27（3）：15-17.

[16] 邱杨，白广成.亚临界600MW汽轮机6瓦瓦温过高原因和检修工艺[J].热力透平，2010，39（3）：210-213.

[17] 谢慰扬.汽轮机轴承自位能力及其影响分析[J].浙江电力2006，25（2）：39-41.

3449500338278