汽轮机组推力瓦轴承温度升高的原因分析.docx
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汽轮机组推力瓦轴承温度升高的原因分析
汽轮机组推力瓦轴承温度升高的原因分析
我厂所用汽轮机为N4.2-3.60型4.2MW凝汽式汽轮机。
本人在学习与实际操作中，认识到保障及影响汽轮机安全经济运行的因素有：
轴位移、轴振动、润滑油系统、保安油系统、轴承温度、冷凝水系统等。
本人在论文中着重以汽轮机轴承温度对汽机运行地影响展开论述介绍。
汽轮机组推力瓦轴承的主要作用是承受汽轮机转子在运行中的轴向推力，维持汽轮机转子和静止部件间的正常轴向间隙，因此，推力轴承的正常工作是汽轮机组安全经济运行的先决条件之一。
在汽轮机组运行中，影响推力瓦温度的因素有很多，在此主要阐述其原理与处理措施。
汽轮机知识要点
1、汽轮机结构
我厂所用汽轮机为N4.2-3.60型4.2MW凝汽式汽轮机。
本汽轮机为单缸凝汽式汽轮机，本体主要由转子部分和静子部分组成。
转自部分包括整锻转子、叶片、危急遮断器、盘车齿轮、联轴器等；静子部分包括汽缸、蒸汽室、喷嘴组、调节级护套、隔板、汽封、轴承、轴承座、调节汽阀等。
2、汽轮机的工作原理
汽轮机是利用水蒸汽的热能作功的旋转式原动机。
汽轮机在工作时先将水蒸汽的热能转变为水蒸汽的动能，再把水蒸汽的动能转变成转轴旋转的机械能。
具有一定温度和压力（蒸汽温度420-445℃，压力3.3-3.8MP）的过热蒸汽通过汽轮机级时，首先在喷嘴叶栅中将蒸汽具有的热能转变成为动能，因喷嘴截面形状沿汽流方向变化，蒸汽的压力、温度降低，比容增大，流速增加，即蒸汽在喷嘴中膨胀加速，将热能转变成动能，然后在动叶栅中将其动能转变成为机械能。
蒸汽的动能转变为机械能，主要是利用蒸汽通过动叶栅时，发生动量变化对该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而获得的。
二、推力轴承知识要点
2.1、推力轴承结构
图：
推力瓦
图：
DCS推力轴承温度
推力轴承主要有工作瓦、非工作瓦、调整垫片及安装环等组成。
我厂的推力轴承有工作瓦和非工作瓦各四块，采用可倾瓦结构，安装位置如图，其安装在汽轮机推力盘的两侧工作瓦承受转子的正向推力，非工作瓦承受转子的反向推力。
2.2、推力轴承作用
汽轮机推力轴承的作用是为了确定转子在汽缸的轴向位置，使转子和定子保持一定的动态间隙，承受作用在转子上的轴向推力。
在正常运行的情况下，汽轮机的推力瓦中，工作瓦块受力，保证汽轮机的转子不至于向鼓气机侧位移。
但减负荷，尤其是甩负荷的情况下，由于惯性等原因，造成汽轮机有向机头侧发生位移的趋势。
这时候，受力的是推力瓦中的非工作瓦块，从而保证汽轮机的转子在汽缸中轴向的相对位置不发生改变。
汽轮机推力瓦分正向推力瓦和反向推力瓦。
推力轴承固定转子的轴向位置，以保证通流部分动静间的正确轴向间隙，防止动静摩擦。
若轴向推力大于推力轴承的承载能力，推力轴承将损坏，使转子产生轴向移动，引起动静部件接触、磨损甚至破坏。
2.3、推力轴承受力分析
汽轮机的推力即整个转子上的轴向推力，主要是各级轴向推力的总和，是由作用在动叶片上的轴向推力、作用在叶轮面上的轴向推力以及作用在轴的凸肩处的轴向推力三部分组成的。
蒸汽对动叶片所作用的力，实际上可以分解成两个力，一个是沿圆周方向的作用力，一个是沿轴向的作用力。
圆周力是真正推动转子转动的作用力，而轴向力作用在动叶片上只产生同轴向推力。
由于各级之间存在蒸汽压力差，因此在每级叶轮面上会产生轴向推力
汽轮机每一级动叶片都有大小不等的压降，在动叶片前后也产生压差，因此形成汽轮机的轴向推力。
还有隔板汽封间隙中的漏汽也使叶轮前后产生压差，形成与蒸汽流向相同的轴向推力。
另外蒸汽进入汽轮机膨胀做功，除了产生圆周力推动转子旋转外，还将使转子产生与蒸汽流向相反的轴向推力。
通过对推力轴承的受力分析，我们才能更进一步来分析推力轴承温度变化的本源，从而可更好地操作汽轮机并确保汽轮机安全运行。
三、推力瓦轴承温度升高的原因分析
本人在实际操作汽轮机的过程中，通过自己查阅资料及运行数据分析，影响汽轮机推力轴承温度升高的主要因素有：
润滑油系统、水击或蒸汽温度下降、蒸汽品质不良，叶片结垢、机组突然甩负荷或调速气门突然失灵关闭、临界转速喘振、汽轮机启停不当。
以下内容将分别进行阐述。
3.1、润滑油系统异常或进入杂质
润滑油系统异常包括润滑油压力降低、润滑油温度升高及润滑油质恶化等内容。
从推力轴承的工作原理可以看出，润滑油压力降低，进入推力轴承的油量必然要减少，这样就不可能在推力盘与工作、非工作瓦块之间建立良好的油膜，使推力轴承工作出现异常，导致推力瓦温度升高。
而润滑油温度升高，一方面因为润滑油从推力轴承中带出的热量减少，使推力轴承工作中产生的大量热量散不出去，造成推力瓦温度升高。
润滑油温度升高，还会使透平油的粘度下降，对推力轴承油膜的形成造成很大的影响。
但润滑油温度也不能过低（温度30-35℃），因为润滑油温度下降，粘度会增加，当润滑油的粘度增大到一定的程度，也会对油膜的形成产生影响。
润滑油品质恶化主要是由于油含水、外界杂质、热解等因素使润滑油的粘度下降同时会导致润滑油的润滑散热效果下降，还会使轴承腐蚀，金属性能下降。
润滑油品质的恶化会破坏推力轴承瓦块与推力盘之间的油膜或者油中杂质使推力瓦块乌金表面硬摩擦，容易引起轴承烧瓦，可能发生严重事故。
3.2、汽轮机发生水击或蒸汽温度下降
汽轮机十一月六号运行数据如下表：
时
间
汽轮机
止推轴温（主）
蒸汽进气温度
TE1207A
TE1207B
TE1207C
TE1207D
TE1301
11：
00
66.5℃
73.0℃
65.5℃
70.0℃
430.0℃
13：
00
67.5℃
73.5℃
66.0℃
70.5℃
428.5℃
17：
00
68.5℃
74.5℃
67.0℃
72.0℃
427.5℃
19：
00
67.0℃
73.0℃
66.0℃
71.0℃
435.0℃
汽轮机十一月一号运行数据如下表：
时
间
汽轮机
止推轴温（主）
蒸汽进气温度
TE1207A
TE1207B
TE1207C
TE1207D
TE1301
11：
00
69.5℃
74.0℃
67.0℃
71.0℃
428.0℃
13：
00
69.5℃
73.0℃
67.0℃
70.5℃
429.5℃
17：
00
68.5℃
72.5℃
66.0℃
69.0℃
434.0℃
19：
00
66.5℃
73.5℃
67.0℃
73.5℃
438.0℃
通过上表可以看出过热蒸汽温度降低含水的增加，汽轮机推力轴承温度是逐渐增加这是因为蒸汽对动叶片所作用的力，可以分解成两个力，一个是沿圆周方向的作用力，一个是沿轴向的作用力。
是真正推动转子转动的作用力，而轴向力作用在动叶片上只产生同轴向推力。
这两个力的大小比例取决于蒸汽进入动叶片的进汽角ω1，ω1越小，则分解到圆周方向的力就越大，分解到轴向上的作用力就越小；ω1越大，则分解到圆周方向上的力就越小，分布到轴上的作用力就越大。
而湿蒸汽进入动叶片的角度比过热蒸汽进入动叶片的角度大得多。
所以说蒸汽带水会使转子的轴向推力增大。
轴向推力的增大，轴承温度也上升。
3.3、汽轮机临界转速喘振情况下
我厂鼓汽机组于2010年4月28日17:
50接中控指令开始向反应进行切风操作，汽轮机进汽温度444.5℃，进汽压力3.67Mpa,后因焚烧炉突然熄火，至18:
07:
24,进汽温度为329.86℃，进汽压力3.07Mpa，机组按照正常停机步骤于18:
15:
37转速降至4600r/min,按下505控制柜的“STOP”键，在转速为2500r/min可听到机组有轻微的金属摩擦。
在转速为2246有较大的金属摩擦声。
各项参数变化如表所示：
时间
汽轮机止推轴温（℃）主
排汽侧
轴振1203A（µm）
转速
r/min
TE1207A
TE1207B
TE1207C
TE1207D
17:
55:
44
68
73
63
64.5
9.02
5732.68
18:
07:
24
70
74.5
64
65
10.32
5849.46
18:
08:
19
70
74
64
65.3
10.95
5742.50
18:
15:
29
71
76.2
66.2
67.3
11.19
3116.79
18:
26:
34
72.8
77.4
69
69.1
13.98
2509.29
18:
34:
21
78.3
82.5
75.5
76.3
36.29
2246.25
18:
45:
44
72
76.3
70
71.1
8.48
1179.11
由表中参数可知：
由于我厂汽轮机转子（一阶）临界转速为2224r/min。
在汽轮机转速逐渐接近临界转速时，轴振增大，止推轴承温度也显著升高。
汽轮机在启动停机过程中，由于转子的材料是刚性体，它有自己固有的振动频率。
当转速达到转子自由振动频率时，就会发生共振现象，转子的振动加剧必然会导致推力轴承的推力增大，推力轴承温度显著升高。
因此共振的发生对机组的安全运行危害极大，如不能及时处理解决则会发生不可预料的结果。
3.4、汽轮机启停不当
二零一零年四月二十八日20:
03:
57，汽轮机机组岗位操作人员将所有的阀现场复位，抽真空，进行机组的热态启动。
20:
30:
36，汽机进汽温度415.68℃时，汽机排汽侧轴振1203A119.02µm,同时进汽侧轴振1204B达87.52µm，操作人员进行紧急停机。
各项参数变化如表所示：
时间
汽机进汽侧
轴振
汽机排汽侧轴振
1203A（µm）
汽轮机止推轴温（℃）主
1204A
（µm）
1204B
（µm）
TE1207A
TE1207B
TE1207C
TE1207D
20:
20:
15
4.32
4.79
3.48
67.4
71
62.2
63
20:
21:
06
8.12
9.81
5.63
68
73
63
64.1
20:
30:
22
34.92
68.28
111.98
78.6
82.7
77.1
78.2
20:
30:
36
44.82
87.52
119.02
81.3
84.1
80.2
82.4
20:
31:
33
71.66
84.47
48.54
79
80.2
78
79.7
20:
33:
32
3.69
5.33
2.56
77
79.1
75.3
76.5
由表中数据可知
汽轮机启停本身又是运行操作中最复杂、风险最大的操作。
严重超速、大轴弯曲、推力轴承烧损等许多重大事故都发生在启停操作中。
首先应了解汽轮机组在启停过程运行特点：
温度压力转速由低到高或由高到低、结构精密复杂，动静部分轴向径向间隙小，冷热态时轴承座的标高变化大，以及汽缸膨胀受阻、偏移、热应力引起的变形和推力的变化等原因，从而使轴位移轴振动增大，动静部件间摩擦而引起推力轴承轴温升高。
3.5、蒸汽品质不良，叶片结垢、蒸汽流量不足
汽轮机运行中影响轴向推力的因素有很多，其中蒸汽品质不良而造成汽轮机叶片及蒸汽流道结垢也是使轴温升高的原因之一。
因为结垢会使汽轮机各级之间蒸汽压力差增大，所以在每级叶轮面上产生轴向推力增大，轴温升高。
此外，由于轴向推力的大小与蒸汽流量的大小成正比。
汽轮机流道结垢后，为了使汽轮机负荷保持不变必然会提高蒸汽流量，而提高蒸汽流量的同时轴向推力也随之增大，轴温也会升高。
蒸汽流量不足会使汽轮机的反动度增大，汽轮机反向作用力增大，副推力轴承受力增大，副推力轴温升高。
3.6、机组突然甩负荷，或调速汽门突然失灵关闭
推力轴承只能承受轴向载荷，当机组突然甩负荷或调速汽门失灵关闭，汽轮机的进汽量变为零，机组由于惯性作用会向鼓气机方向发生位移，此时推力轴承的非工作瓦受力增大，轴承温度显著升高。
四、建议
本人通过在汽轮机岗位一年的学习和实际操作，并积极与师傅探讨操作知识。
本人提出一些汽轮机安全运行建议。
由于时间、经验、理论知识上的欠缺，因此这些建议措施很不成熟，有很多不足之处，望各位领导、师傅、同事批评指正。
4.1、加强润滑油高速油的品质的检测力度。
我厂汽轮机油温油压运行记录详细，但缺少对润滑油品质的检测记录。
汽轮机是一个高速运行动设备，润滑油就像它的血液，血液有问题汽轮机安全运行就不可能得到保障。
高品质润滑油可以提高机组安全运行时间，经济效益，延长机组使用保养周期。
本人建议增加润滑油品质检测记录，
4.2、建立一套汽轮机夏冬启停规程
汽轮机启停是事故频发的阶段，而汽轮机夏冬启停受环境影响又不同地，启停的最佳过程参数也不相同。
因针对不同的环境条件，建议建立汽轮机夏冬启停规程，使汽轮机获得最佳运行效果。
总结
影响汽轮机推力轴承温度升高的原因很多，这里我只是将我在岗一年所学进行了系统的归纳总结，由于所学及经验有限，认识问题解决问题的能力有限，文中不妥之处在所难免，敬请各位领导、师傅、同事批评指正。
汽轮机岗位操作人员只有熟悉掌握有关影响机组轴温升高的基本知识及原因，了解引起机组轴温升高的各方面因素，并提前预防、处理好易引起机组轴温升高的不合理因素，及时发现问题及时做出准确判断及时采取有效措施，才能确保机组的安全、经济运行，避免各类事故的发生。
实习体会
自2009年12月至今，一年的实习生活即将结束，这段期间在领导的关心培养、师傅们的谆谆教诲下，使我逐渐成长为汽轮机岗位的一名操作人员。
忘不了炎炎夏日，师傅们不顾炎热，在热气袭人的厂房不厌其烦的讲解；忘不了在实际操作时，师傅们一遍遍的演示，手把手的教导；在今后的工作和学习中，我将继续努力，不断提升自我，不懂就学、不懂就问，请教师傅，将问题逐个解决，困难依次克服，不断地进行总结，提高自己解决实际的能力，并在实际过程中慢慢克服自身不足，积极、热情地对待每件事和每个人，为顺酐车间贡献自己的力量。
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