汽轮机轴承与轴承座、主要影响因素

汽轮机轴承与轴承座

1、汽轮机轴承座

本汽轮机共有八个支持轴承。＃1轴承，＃2、3轴承，＃4轴承分别位于前轴承座、中轴承座和＃3轴承座内，它们分别支承着高压缸转子和中压缸转子。＃5轴承，＃6轴承，＃7轴承和＃8轴承则分别位于低压缸A和低压缸B之间及两端的轴承座内，各自支承低压缸A和B的转子。发电机另有二个端盖轴承，支承发电机转子。推力轴承位于中轴承座内，与中压缸转子前部的推力盘相匹配，承担汽轮机的轴向推力。为了确保每个支持轴承在任何时候都可以精确对中，轴承设计成具有自位特性。

前轴承座、中轴承座和＃3轴承座单独安装在汽轮机基础上，高、中压缸依靠各自的猫爪支撑在轴承座上。前轴承座、中轴承座和＃3轴承座底部中心线上设有纵销，＃3轴承座下还有一对横销。前轴承座内装有＃1轴承、主油泵、危急遮断器和测速装置等部件，而中轴承座内包含有＃2、3轴承、推力轴承及其磨损检测装置和高、中压转子联轴器。

低压缸的四个轴承座与低压缸焊接成一体，轴承座连同低压缸座落在汽机基础台板上，各轴承座底部中心线上设有纵销，保证它们在纵向定向自由膨胀。

为了便于调整，轴承的底座采用能够很容易拆除或替换的垫片来保证在装配时精确找中，并用止动销固定轴承壳体防止轴向窜动。轴承上镶有经过严格控制、高质量的巴氏合金块，通过燕尾槽固到轴承上。

2、径向支持轴承

本汽轮机的＃1～4轴承采用水平、上下、中分面、双向可倾瓦结构轴承，其间用螺栓和定位销连接。

此可倾瓦轴承通常由六块弧形瓦块组成，弧形瓦块上衬有巴氏合金。上下半轴承各有三块，均匀分布，上半轴承的三个瓦块设有调整块，可以调整可倾瓦块与转子轴颈间的间隙，转子轴颈在轴承中的运行稳定性在很大程度上与此间隙值有关。

本可倾瓦支持轴承径向间隙设计为轴承孔直径的0.0013～0.0015，最大值为0.002，若超过0.2％，则需要更换可倾瓦块。

可倾瓦轴承上部瓦块开有油槽，轴承下部瓦块上设有热电偶，以测量瓦块的温度。下轴承体靠近水平中分面处的两侧装有销子，以防止轴承体转动。

各轴承设计金属温度不超过90℃，乌金材料允许在112℃以下长期运行。

本汽轮机的＃5～8轴承采用椭圆瓦轴承，为上下两半，水平中分面结构。它主要由瓦枕与瓦块组成。上下两半之间均用螺栓连接，瓦块与瓦枕之间为球面结合，可以确保椭圆轴承的自位能力。它的轴承的垂直直径间隙设计为轴承孔直径的0.0013，而水平方向的直径间隙设计为轴承孔直径的0.0026。

椭圆轴承在轴承体和轴承环之间采用球面接触，轴承的球形座由手工刮削而成，并安装在每个轴承上以获得适当的运动自由度。椭圆瓦轴承的内径间隙最大值为内孔直径的0.0025，当间隙值达到或者超过此最大值时应重新浇铸巴氏合金。为了方便润滑油进出轴瓦，

在轴承的中分面处将巴氏合金切掉一点，使之成为圆角状，这一圆角状区域可一直延展到接近轴承的二端，油从向上的油流侧的水平结合面进入轴承。在水平结合面的另一侧的油槽中钻有一限油孔，此限油孔能够限制润滑油的泻油量，使其在轴承润滑油的出口处能建立起一个微小的压力，一小部分润滑油通过泻油口排入润滑油观察箱。

椭圆瓦的上部轴瓦开有油槽，轴承的下部瓦块上设有热电偶，以测量瓦块的温度。

3、推力轴承

本机组为冲动式机组，蒸汽产生的轴向推力较反动式机组为小。在结构设计上，低压缸和中压缸采用分流形式，因此轴向推力相互抵消，高压缸转子的轴向推力指向机头方向，由斜面式推力轴承承担，转子轴向位置由推力轴承决定。

推力轴承结构装配简单，占据空间小，具有较高的承载能力，推力盘包围在推力轴承内，推力轴承表面镶巴氏合金，由径向油槽分割成许多瓦块。推力瓦块由内径向外径做成楔面。油进入推力轴承后，由于转子驱动，在推力盘和推力轴承之间形成连续的油膜。推力轴承刚度很好，具有较长的使用寿命。

本机组的推力轴承被单独安置在高中压缸之间的＃2轴承座内，其型式为金斯不里型（Kingsbury）推力轴承，由上、下两半组成，系水平、中分面结构，上下两半采用螺栓连接。该推力轴承的工作面与非工作面各装有8块推力瓦块，推力盘与中压转子制成一体，推力盘旋转时，推力瓦块在圆周方向倾斜，推力瓦块与推力盘之间形成油楔，承受轴向推力。

金斯布型推力轴承的独特之处在于其瓦块的支承方式。如图所示，推力瓦块由上、下两层支承块支撑，上、下支承块之间相互搭接，上支承块顶部与瓦块背部的凸缘相接触，并支承该瓦块，使瓦块为可倾式。金斯不里型推力轴承的优点是各推力瓦块的负荷可以自动调节分配，可以保证不会产生个别推力瓦块因负荷过大而被烧毁的现象。其工作原理为：当推力盘对某推力瓦给了一个比其它推力瓦大的作用力时，这个推力瓦块就将力传给它的垫块，

推力轴承支承方式

而这个垫块又把推力传给它的两个支持块的一头，在推力作用下就把这两个支持块的另两头向上顶，这样就把推力通过垫块传递给了相邻的两个推力瓦块，也就保证了几个推力瓦块的负荷的基本平衡。下支承块座落在定位环内，定位环背部还设有调整垫片，用此来调整推力轴承瓦块与转子推力盘之间的间隙值。

图3-26 推力轴承示意图

本推力轴承上半部的工作面与非工作面瓦块上各设有2个温度热电偶测点，用于测量瓦块的乌金温度。推力轴承还装有液压式推力轴承磨损检测装置，用于检测瓦块的磨损情况。止推轴承巴氏合金的温度范围，主要根据轴向载荷的大小而定，从略高于进油温度一直到98.9℃。报警整定值为98.9℃，跳闸整定值为107.2℃。在报警温度与跳闸温度之间运行，则应注意监视并找出温度不正常的原因。

表3－8 各个轴承的参数

4

现在存在主要问题：

1、

大轴顶起高度达不到设计值、泄油量大，开停机冲转、惰

走过程中导致单边磨瓦。 2、

顶轴油压对真空高低比较敏感，开机抽真空过程中各瓦顶

轴油压变化比较大。

顶轴油系统不稳定

一、设备基本情况

#3、#4机CCLN1000-25.0/600/600超超临界凝汽式汽轮机顶轴油系统为哈汽配套，设计装有两台套顶轴油泵，一用一备。顶轴油泵为日本油研工业株式会社生产的A3H56-FR01KK-10-X33型柱塞泵，油泵主要技术参数如表1。

表1 顶轴油泵技术参数

油泵配套电机为南阳防爆集团生产的YB2-225M-6型电机，功率30KW ，转速980r/min 。系统设计允许最高压力27.44Mpa ，正常额定工作压力不大于20.58Mpa 。按电机转速及油泵几何排量计算，单台油泵流量（泄漏系数0.05）52.4L/min 。设计各轴颈顶起高度：0.06-0.1mm ；设计各瓦顶轴油压：5-15MPa ；设计顶轴油供油量：轴瓦全部顶起所需油量50L/min 。油泵向两低压缸四个轴瓦（#5、#6、#7、#8瓦），发电机两个轴瓦（#9、#10瓦）提供顶轴油。

图1 顶轴油系统示意图

#5瓦#6瓦#7瓦#8瓦#9瓦#10瓦

＃2顶轴

＃1顶轴

二、运行存在的问题（以#4机为例）

1、顶轴试验大轴顶起高度不够

按照设计要求，在一台顶轴油泵运行时，汽轮机大轴的顶起高度为0.06－0.10mm 。经

过多次做汽轮机的顶轴试验，无论是开单台顶轴油泵，还是开两台顶轴油泵，只有几个瓦的顶起高度达到要求。见表2所示。

表2 处理前顶轴试验各轴颈顶起高度

2、随着真空变化，顶轴油压及盘车电流发生变化

2.1开机前抽真空（5月6日）

凝结器抽真空投盘车后，随着真空的变化，盘车电流及#5－#8瓦各分管顶轴油压跟随真空变化而改变。真空高时瓦顶轴油压下降，盘车电流上升。

2.点33分，凝结器真空59KPa，#8顶轴油压由16.5MPa下降到5MPa，将#8顶轴油压由5MPa调整至8.5MPa，调整后盘车电流由1

3.39-15.45A变为13.35-1

4.57A。

2点47分，真空69KPa，将#8顶轴油压由8.5MPa调整至11MPa，#5顶轴油压15.5MPa 下降到9.5MPa，将油压调整至10MPa，调整后盘车电流由13.35-14.57A变为12.80-13.30A。

3点19分，真空73KPa，再将#5顶轴油压由10MPa调整至11MPa，调整后盘车电流由12.80-13.30A变为12.85-13.08A。

4点17分，真空78KPa，将#7顶轴油压由9MPa下降到7MPa，调整至7.5MPa。调整后盘车电流12.6A，盘车电流下降并趋于稳定。

2. 2开机过程（5月7日）

0点35分左右，汽机冲转至400r/min，在冲转过程中，#6、#8瓦顶轴油压下降较快，小幅开大#6瓦、#8瓦进油门，转速稳定至400r/min时各瓦温基本正常。

1点30分在机组打闸后惰走过程中转速至320r/min左右，#7瓦瓦温开始快速上升，由70℃升到105℃，顶轴油压由5MPa下降3MPa，将顶轴油压由3MPa调到5MPa后瓦温下降至正常值。

5点左右冲转3000r/min定速后再次打闸，转速下降到800 r/min时，#8瓦温度突升至107℃；就地#8瓦顶轴油压表在5-8.5MPa之间剧烈摆动；两次将油压再次上调，油压调整至10MPa后趋于稳定，瓦温快速回落。后查历史趋势，转速800-650r/min区间有两次瓦温上升。汽机在惰走至500r/min时#9瓦顶轴油压由9MPa突降至3MPa，微开大#9瓦进油门恢复其油压至9MPa。#5瓦在升速时1分钟内瓦温突升20℃。

5点49分转速惰走至零后投盘车，盘车电流16.3A，电流明显偏大，后采取关小#5瓦、#8瓦进油门及全开油泵流量调节螺钉后油压回至19MPa左右，盘车电流回复到12.5A-12.9A 区间。此时各瓦顶轴油压与冲转前各瓦油压有较大变化。

2. 3停机检查情况

停机后，＃5、6、7、8瓦进行了解体检查，检查发现这几个瓦都发生了不同程度的磨损。尤其是在机组开机升速过程中和机组停机隋走过程中瓦温升高较快的#5、＃6、#8瓦出现了碾瓦现象，见下图2。

图2 ＃5、8轴瓦解体后下瓦

三、原因分析

顶轴油系统设计为一台顶轴油泵运行，一台备用，设计供油量50L/min。从多次单泵运行做顶轴试验，单台泵运行达不到各瓦顶起0.06-0.10mm的要求。两台泵并联运行#9、#10瓦顶轴油压力达21-23Mpa，顶起高度仍达不到设计顶轴高度。

3.1影响大轴顶起高度的影响因素主要有以下几个方面：

a顶轴油压力；b顶轴油量；c轴瓦顶轴油囊面积，转子重量及负载；d瓦顶轴油管泄漏或逆止门故障；e瓦接触面积达不到要求，接触不均匀，顶轴油囊周围未封闭接触；f顶轴油泵故障，出力不足；g设计容量不满足实际需要；h瓦紧力过大、垫铁接触差导致瓦座自位性能差等。

3.2顶轴油压力能满足设计要求，但明显感觉油量不足，不能满足每个瓦的供油需要。如开大#5瓦顶轴油供油门满足其顶起高度，母管油压会有明显下降。不能满足将所有瓦顶起至设计高度，究其原因主要是顶起高度大后瓦泄油量增大、瓦接触差及所供的油量不能满足所需油量。

3.3低压转子87.5吨，发电机转子重量96吨，低压转子轴瓦的顶轴油囊面积比发电机轴瓦顶轴油囊大两倍以上。发电机转子重量大，顶轴油囊面积小（顶轴油囊实测椭圆长径42mm，短径30mm），导致需要较高顶轴油压(21－24MPa)才能将轴顶起，油压高对油泵的使用寿命及顶轴油系统安全性均有影响。

3.4#5、#6、#7、#8瓦支撑在低压缸下缸端部，低压缸刚性较差，属于软缸设计。低压缸设计变形量模态分析数据显示，低压缸内缸支持处向下变形0.20mm，低压缸轴瓦处变形0.10mm。整个变形趋势向中间及向下。

机组抽真空后，盘车电流爬升，#5、#6、#7、#8瓦顶轴油压随真空不同顶轴油压发生较大变化，如#5瓦、#8瓦、#7瓦随真空的提高顶轴油压均有较大下降，说明抽真空后瓦与轴颈接触位置发生了变化，瓦自身调整不过来，导致泄油量增大，油压下降，轴顶起高度不够，瓦与轴颈发生干磨，盘车电流上升。

造成#5、#6、#7、#8瓦顶轴油压随真空上升顶轴油压下降、盘车电流上升的主要原因是#5、#6、#7、#8支撑在低压外下缸端部洼窝处，而低压缸本身刚性较差；机组抽真空后低压缸下沉，支撑在低压缸上的轴瓦向缸体侧倾斜下沉，而轴瓦本身调整不过来；瓦与轴颈接触变差，顶轴油囊与轴之间在缸体侧出现较大缝隙将顶轴油泄掉，从而导致顶轴油压随真空变化而发生改变。

3.5机组打闸后，随着转速下降轴瓦油膜压力会逐渐降低直至形成不了油膜；而低压转子及发电机转子本身重量大，在低转速油膜形成不了，重压之下轴与轴瓦干磨发热，严重时烧瓦。所以在低转速时主要靠顶轴油将轴颈顶起防止瓦与轴颈直接干磨，并保证瓦与轴颈间有润滑油进入冷却及润滑。轴系在升速、惰走期间转速变化快，轴心运行轨迹变化大，各轴瓦与轴接触位置、轴瓦油囊与轴颈之间间隙也会发生变化，轴心位置的变化可从测振探头间隙电压变化间接反映。而各瓦供油量变化很小，这样瓦顶轴油压肯定会发生变化。如果瓦

顶起高度静态调整时不能达到设计上限，顶轴油量不够，这时容易因油膜建立不起来，而干磨导致瓦温突升。#5、#7、#8瓦在升降速阶段瓦温突升与这有关。

四、处理方法

4.1加大顶轴油泵出力

加大顶轴油泵出力及供油量，更换电机将顶轴油泵转速转速提高，由目前980r/min提高到1450r/min，单台油泵出力理论上能达到77.5L/min，即理论上可增加供油量25.1L/min。

根据哈汽方案增加备用泵，在原有基础上再增加一台备用顶轴油泵，可以事故油泵或在机组冲转、惰走时油压发生急剧变化时紧急备用，增加供油量，保证主机安全。具体见图3顶轴油系统改造。取消轴承箱内的单向阀，在调整装置去每个轴承的支管上增加一单向阀。这样即保证了机组安全问题，又解决了在线监测各轴承油膜压力问题。

4.2扩大轴瓦顶轴油囊面积

开大，开深了发电机＃9、10轴瓦顶轴油囊，顶轴油囊面积修刮到椭圆长径48mm，短径32mm，油囊分别开大了3mm、1mm，挖深了0.4mm。

#5、#6、#7、#8瓦顶轴油囊面积修刮到椭圆长径89mm，短径51mm，油囊开大了1mm，圆周倒台阶0.4mm。

4.3核实各瓦的安装尺寸。

经过解体检查，各瓦设计顶部球面间隙为0.05－0.11 mm，而实际测量各个瓦球面间隙在下限0.05－0.06 mm。将其放大到0.10 mm。以增加其轴瓦的自位能力，和轴颈更好地帖合。

4.4消除了顶轴油系统漏点。

消除#9、#10瓦顶轴油管法兰，接头漏油；消除#8瓦顶轴油逆止门接头漏油等漏点；内漏的调整门、逆止门进行了更换。

五、处理后效果

5.1改造后各瓦顶起高度

在静态下做各瓦的顶轴试验，将#5、#6、#7、#8瓦顶起高度达到0.1mm，#9、#10瓦顶轴不低于0.06mm。静态调整#5、#6、#7、#8瓦顶轴油进油量使轴顶轴高度在设计上限来满足在盘车、抽真空、升速、惰走等各种工况下轴瓦能顶起而不致发生干磨。顶轴油泵提高转速，增加供油量后，各瓦顶起高度详见表3。

表3处理后顶轴试验各轴颈顶起高度

5.2顶轴油泵流量增大后，机组随着真空变化盘车电流基本没有爬升，静态调试好后基本不再调整，机组升速及惰走过程中未再发生瓦温突升，基本能满足机组安全运行需要，但缺少备用顶轴油泵，可靠性不高。

经过改造后，转子顶起高度均能达到设计要求0.06mm以上，在冲转及惰走、正常盘车状态顶轴油压稳定，瓦温正常，无剧烈波动。#4机10月9日停机投入盘车时的顶轴油压及各泵电流均比较稳定。

二期机组真空变化易导致机组振动

#3、#4机组低压缸刚性差变形大，机组真空高及变工况时易导致机组振动。

计划整改方案：

1)增加低压汽缸局部刚度或更换低压汽封形式，减小由于汽缸变形引起的轴承洼窝的下沉量和汽封碰磨的程度，从而改善机组的振动情况。

2)测量缸体、台板及基础的振动频率。检查台板处各部的接触间隙。

3)轴封系统加U形弯，避免轴封供汽带水。

4) 现场检查低压缸材质、结构尺寸等是否符合设计图纸要求；

5)在具备条件，机组冷态时，不送轴封抽真空，测量低压缸轴承处的沉降值，为低压缸处理提供参考。

6) 哈汽厂提供技术支持，潮电制定《关于确保#3、4机组安全稳定运行的技术措施》，以保证机组近期安全、稳定运行。加强同泰州电厂和平顶山电厂的联系与交流，吸取哈汽同类型机组的运行和检修管理经验。

7)哈汽厂需进一步深入研究低压缸刚度差的原因，提出缸体刚度差治理的方案。