600MW汽輪機軸承溫度偏高分析處理

汽輪機結構概述

汽輪發電機組由東方電站成套設備公司和日本株式會社日立制作所合作設計及合作生產的600MW汽輪機組，本汽輪機為亞臨界參數，單軸三缸四排汽，具有一次中間再熱的凝汽式機組。機組膨脹位移共設三個死點，分別位于中間軸承箱下及低壓缸（A），低壓缸（B）的中心線附近，死點處的橫鍵限制汽缸的軸向位移，同時，在前軸箱及兩個低壓缸的縱向中心線前后設有縱向鍵，它引導汽缸沿軸向自由膨脹而限制橫向跑偏。機組型號：N600-16.67/538/538機組型式：亞臨界中間再熱沖動式單軸三缸四排汽凝汽式汽輪機。功率：額定功率（TRL）：600MW最大連續功率(TMCR)：641MW閥門全開功率(VWO)：668MW轉速及轉向：額定轉速：3000r/min旋轉方向：逆時針（從汽輪機端向發電端看）可傾瓦軸承結構及特點汽輪機的高中壓轉子是由#1、#2支持軸承支承，其結構采用六瓦塊可傾瓦結構形式（如圖1所示），上、下半各三塊，每塊瓦背弧加工成大半徑球面，以便可傾瓦自動找中，無論是徑向還是軸向，都可以獲得最佳位置。即可傾瓦支承在軸承座上，每塊瓦在運行時隨轉子方向自由擺動，以獲取適應每塊的最佳油楔。裝在軸瓦套上的螺紋掛銷用間隙配合的形式固定著可傾瓦塊，防止其旋轉。在軸承下部的瓦塊上設有測量瓦塊金屬溫度的雙支點熱電偶裝置。可傾瓦軸承被廣泛應用于大型汽輪機的高中壓轉子支承上，這種軸承具有以下特點：與固定式支持軸承相比，穩定性高。可傾瓦塊軸承具有良好的阻尼特性，具有減低轉子不平衡響應和抑制不穩定振動的能力（即抗御振動的能力）。與橢圓軸承相比，可傾瓦軸承對軸頸的歪斜和軸承載荷(支反力)變化的敏感性較小；但承載能力較橢圓軸承稍低，功率消耗較大。軸承鎢金采用了日立牌號(WJ2B)，最高工作溫度達120℃。正常運行溫度值∠107～110℃，報警溫度值為110～115℃，跳機溫度值121℃。結合性能優于傳統滑動軸承材料ZSnSb11Cu6。現場檢查處理情況針對600MW汽輪機在帶負荷過程中#1可傾瓦金屬屬溫度偏高問題，進行了以下分析和現場試驗。復測了測溫元件（WZPM2-001Pt100端面鉑熱電阻）的精度以及檢查DCS系統分度的設置情況均正常；并檢查了測溫元件的安裝深度（即端面鉑熱電阻頭的中心距鎢金表面的距離為14mm）情況均符合要求。檢查下瓦塊與軸頸接觸情況；每塊可傾瓦的徑向擺動量1.8±0.45mm、軸向擺動量1.1±0.28mm和瓦塊與前、后油擋的軸向間隙0.75±0.38（單側），均無異常現象，可以排除因可傾瓦接觸不良、卡澀而造成瓦塊局部受力過大溫升過高的因素。將#1可傾瓦軸承的進油節流孔板由設計值Ф18.5mm改為Ф22mm，開機試驗情況收益甚微。#1可傾瓦軸承工作金屬溫度幾乎無降低，回油溫度（49.8～51.7℃）也無明顯變化。證明此軸承的用油量由自身結構限定了（即軸承體的排油孔Ф16.5和瓦體前、后油擋間隙泄油決定的）。考慮改變軸承工作時的動態載荷降低軸承金屬溫度。首次在蘭溪電廠#1機試運中，經現場調試單位摸索和試驗，改變#1可傾瓦軸承在帶負荷過程中的動載荷，將高壓調節閥的開啟曲線順序進行了優化處理，將原來設計的調節閥的開啟曲線順序分別為CVⅠ+CVⅡ→+CVⅢ→+CVⅣ，改為開啟順序分別為CVⅣ+CVⅡ→+CVⅢ→+CVⅠ，即將CVⅠ閥和CVⅣ閥對調處理，收效很好。整個機組帶負荷過程中，#1可傾瓦軸承的金屬溫度不超過90℃。同時軸承的穩定性沒有受到明顯影響。實踐證明可傾瓦對動載荷變化適應范圍較寬。從設計結構和受力情況分析從轉子的動載荷表2所示，#1可傾瓦軸承所受總的動載荷為17900Kgf，對于六瓦塊可傾瓦結構來說，軸承的正下部的一瓦塊是主要承受載荷的瓦塊。從表3各軸承參數看：#1、#2可傾瓦軸承的設計動比壓也比較大，設計工作軸承金屬溫度也較高；從表4看：#1可傾瓦軸承的設計用油量也是最小（除#9軸承外）。#1可傾瓦軸承金屬溫度設置點也在正下部的一瓦塊上，超臨界600MW汽輪機運行時，出現#1可傾瓦金屬溫度偏高也是可以理解的。要解決#1可傾瓦軸承的金屬溫度偏高問題，不僅可以考慮軸承的動載變化影響，也可從增加軸承用油量和降低軸承動載荷著手處理。增大可傾瓦軸承用油量途徑從汽輪發電機組油系統總體看，設計依據各軸承的情況計算出自身的用油量，并將系統的總油量合理分配給各軸承的用油量，針對此計算值，#1可傾瓦軸承的用油量相應最小（除發電機磁端外伸#9軸承外），要增加#1可傾瓦軸承的用油量，不僅要增大潤滑油管的進口節流孔板的大小，而且還要將軸承體上的排油孔徑增大，才能起到降低軸承金屬溫度的效果，但要考慮整個油系統的用油量平衡情況。從圖1六瓦塊可傾瓦軸承結構圖看：為了降低#1可傾瓦下部瓦塊的金屬溫度，在增大進油節流孔板（Ф18.5改為Ф22）的前提下，將軸承體前、后擋油環底部進油槽各開一個Ф5排油孔，這種處理方法可將#1可傾瓦金屬溫度降至在≤95℃水平。此方法加大下部瓦塊的冷卻油流量還有待于實踐檢驗。高壓調閥開啟順序對#1軸承動荷的影響分析超臨界600MW汽輪發電機組在汽機啟動沖轉定速3000r/min過程中，主要是用中壓缸啟動，即高壓缸不進汽或進少量蒸汽，由中壓調門調節蒸汽量進入中壓噴嘴全周進汽方式沖轉整個機組，并網帶低負何，然后切缸再由高壓調節閥調節進汽量進入噴嘴組按圖4高壓調節閥配汽曲線進行復合噴嘴調節方式帶負荷。采取高壓缸啟動方式時，直接按圖4高壓調節閥配汽曲線進行復合噴嘴調節方式啟動、沖轉至額定轉速、并網帶負荷，中壓調節閥處于全開狀態（此啟動方式不建議推薦在冷態啟動采用）。由前述公式C可知：汽輪機在啟動升速過程中，隨轉速的升高而軸承的金屬溫度也隨之升高；當汽輪機定速后，并網帶負荷過程中，轉速恒定不變，潤滑油量也相應不會變化，軸承耗功的變化只與軸承的動載荷有關。高中壓轉子的支持軸承受力情況見圖3所示。蒸汽流量通過高壓7個壓力級和中壓6個壓力級時，沿軸向的推力是對稱分布的，即總的合力在縱向軸線上，主要由推力軸承來平衡。而蒸汽流量通過高壓單列調節級時，產生四組的軸向合力FZ1、FZ2、FZ3和FZ4。實踐證明東汽600MW汽輪機可以在機組調試階段和機組停機檢修期間，通過將CVⅠ、C