第48卷第6期2006年12月
汽 轮 机 技 术TURBINETECHNOLOGY
Vo.l48No.6Dec.2006
350MW汽轮机轴瓦温度高分析及处理
杜东明,高洪涛
1,2
1
(1大连海事大学机电与材料工程学院,大连116026;2华能大连电厂,大连116100)
摘要:针对日本三菱350MW机组普遍存在的1号轴瓦温度高的问题,从理论到实践进行了分析,阐述了影响可倾
瓦温度的关键因素,并通过合理选择轴承的油隙、调整轴瓦的负荷分配、修刮可倾瓦的进出油楔等手段,使1号机组1号轴瓦降低了9 。这对保障机组安全运行具有重要的意义,同时对解决同类型机组存在的同样问题具有重要的参考价值。
关键词:汽轮机;轴瓦;高温
分类号:TK268 文献标识码:B 文章编号:1001-5884(2006)06-0444-03
CauseAnalysisofHighTemperatureofBearingfor350MWTurbineandDisposal
DUDong-ming,GAOHong-tao
1,2
1
(1Electromechanics&MaterialsEngineeringCollege,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China;
2DalianPowerPlan,tHuanengCompany,Dalian116100,China)
Abstract:WithreferencetothecommonfaultofMitsubshitype350MWsets,thispaperanalysesindetailthecausesand
setsforththevitalfactswhichaffectthehightemperatureofbearing.Bychoosingreasonableoilgap,adjustingloadofbear-ing,repairingoilgapofin-and-outbearing,thetemperatureofNo.1radialbearingwasdecreasedby9 .Itisimportantforkeepingturbinerunningsafely,andalsoisvitalvaluablefordealingwiththesamefaultofthesametypeturbine.Keywords:steamturbine;radialbearing;hightemperature
的稳定性和减振能力,能够获得较为理想的轴系中心线。发
0 前 言
轴承是汽轮机重要的组成部件,如果轴承出现故障就会导致汽轮机停机,影响机组的长周期安全经济运行,因此研究轴承存在的问题就显得特别重要。轴承温度高是轴承故障的一种比较常见的故障形式,虽然各个汽轮机轴承的形式、参数、检修工艺等各方面不同,但以往汽轮机的轴承温度高的原因分析及处理措施对处理轴承温度高问题是有借鉴作用的。有的电厂通过更换轴瓦的基体材料使轴瓦温度降低10 [1];有的电厂通过调整轴瓦安装间隙、改善供油条件、优化运行方式等手段处理了轴承温度高的问题。本文针对华能大连电厂350MW汽轮机轴瓦温度高的问题进行分析和处理。
[2~4]
电机第5、6轴承为圆筒型,励磁机7轴承为4瓦块可倾瓦。具体情况如图1所示。
图1 三菱TC2F-40型汽轮机轴系布置图
日本三菱公司生产的350MW燃煤机组普遍存在着1号轴承支持瓦温度高的问题,但其最高温度不超过100 。华能大连电厂1号、2号机自1988年机组投产以来同样存在着1号瓦温度高的问题,特别是1993年以后,1号机当负荷升至280MW~290MW时,1号瓦温度达106 ,接近报警值107 ,轴瓦温度建议打闸值为113 ,已严重影响机组安全运行。为此,1994年~1998年间利用机组检修的机会对轴瓦、轴承盖的紧力、轴承的油隙、轴径与轴瓦的接触情况进行检查和测量,更换了日本供给的1号、2号新瓦块备件、调整联轴器对中及张口,但效果仍不明显,1号瓦温度还是在101 左右。
1 设备简介及轴瓦存在的问题
TC2F-40型机组是日本三菱公司生产的350MW燃煤机组。转子为整锻式,高中压转子由高强度铬钼钢(CrMoV)
材料制成,重量21t,低压转子由强铬钼钢(NiCrMoV)材料制成,低压转子重量60t。转子的整个轴系共有7个轴承支撑,高中压转子的第1、2轴承采用4瓦块可倾瓦、低压转子的第3、4轴承采用3瓦块可倾瓦,这种轴承比压较大,增加了轴系
收稿日期:2006-01-09
障诊断和转子动力学方面的研究。
2 轴瓦温高原因分析
国内三菱公司同类型机组(例如福州电厂1号、2号机
作者简介:杜东明(1973-),男,工程师,现在华能大连电厂从事汽轮机检修管理工作,在职攻读大连海事大学博士学位,从事有关汽轮机的故
第6期杜东明等:350MW汽轮机轴瓦温度高分析及处理 445
组)也存在着1号、2号轴瓦温度高的问题,福州电厂1号、2号机组是在3号调门刚开时,其1号、2号轴瓦温度最高,但
也不超过98 ,其它(如宝钢电厂)机组轴瓦温度最高也不超过95 ,显然,大连电厂机组瓦温高虽然主要是设计方面的原因,但也有进一步降低瓦温的可能。
2.1 汽轮机进汽方式的影响分析
高压调门与蒸汽室由铸钢制成,有2个相同的蒸汽室位于高中压缸两侧,每个蒸汽室有2只调速汽门,主蒸汽通过主汽门进入蒸汽室和调门,然后经4根调门导汽管引入汽轮机蒸汽室。如图2所示,在正常情况下,调门开启顺序是1号、2号调门先开,其次是3号调门,然后是4号调门。1号、2号调门对轴系有向下的力,会促使1号、2号支持轴承受更大的负荷,过大的负荷会使其轴温升高,而且其敏感度较高。表1是瓦温随机组负荷及调门开度变化的对照表,从表中可以看出,当3号、4号调门刚要开启时,2号瓦及1号瓦右侧温度都较高,但随着3号、4号调门的开大,温度有所下降,在负荷达到302.9MW时,温度再次出现高点,接着温度随3号、4号调门开度增大又降低,整个过程中3号轴瓦温度变化不超过1 ,这说明调门进汽量的方向影响1号、2号轴瓦温度,而不影响3号瓦的温度。当汽缸上部的调门开大时,1号、2号瓦温度升高,当下部调门开大时,1号、2号瓦温度降
低。
左侧调门开大时,轴瓦右侧温度升高,左侧降低;当右侧调门开大时,轴瓦左侧温度升高,右侧降低,调门与瓦温有着固定的定向变化关系。
以上说明,支持轴承除了承受转子的自身重量外,还要承受蒸汽对转子的冲击作用,前者是瓦温高的根本原因,后者对瓦温高起到了推波助澜的作用。2.2 动压润滑的形成原理如图3所示,假定有两个相互倾斜的平板,板间的间隙沿运动方向由大到小成收敛的楔形,上板承受载荷W,下平板不动而上平板以速度u正向运动,由于液体是不可压缩的,必将在间隙内 拥挤 而
图3 轴瓦动压油膜形成原理图
形成压力。也将迫使进口端的速度图形向内凹,出口端的速度图形向外凸。进口端间隙大而速度图形内凹,出口端间隙小而速度图形外凸,于是有可能使带进油量等于带出油量。同时,间隙内形成的液体压力将于外载荷W平衡,这就说明在间隙内形成了压力油膜[5]。截面A、B之间压力增高是因截面积减小造成的,这就是楔形油膜形成的油压,取名为动压轴承。楔形间隙油膜厚度之比ha/hb及相对运动速度越大,轴承承载能力就越好。所以在检修时对轴瓦进行刮研的目的是加大ha,使楔形间隙油膜厚度之比ha/hb加大,确保轴承有足够的油楔及进油量。楔形间隙油膜厚度最大与最小之比及相对运动速度越大,轴承承载能力就越好。对于定转速的转机,提高油膜厚度最大与最小之比是提高轴承承载能力的最有效办法。2.3 轴承间隙分析
华能大连电厂1号、2号轴承采用了四瓦块可倾瓦式轴承,各瓦块支承在背后的球面支点上,可在任意方向上自由摆动。各瓦块空档间为进油口。在油层动压作用下,每个瓦块可以单独自由摆动到形成油膜的最佳位置,以适应转速、轴承负荷,转子挠度等运行条件的变化,全周形成4个均匀稳定的压力油膜,且各瓦块的油膜作用力都通过轴心,没有使轴颈涡动的分力,因而具有极高的制动性,因而能有效地避免自激振荡(如油膜振荡,蒸汽振荡),正是由于可倾瓦有着极佳的稳定性,也决定了其最小油膜厚度有着极高的要求。对于一定转速的汽轮机,查图4可知,其所需的最小油膜厚度hmin在35 m~40 m之间,整个轴承间隙可以取70 m~80 m,而轴承设计安装说明书要求1号、2号瓦间隙分别是0.51 m~0.61 m、0.61 m~0.71 m,因此,折中可以取额定间隙的上限。
轴承比压是轴承又一重要指标,其数学表达式为WB D
式中,W为外载荷;B为轴承宽度;D为轴承直径。
Pm=
比压小的轴承,间隙可以取小,保证转子转动的稳定性;比压大的轴承,间隙可适当放大,对于比压较大的可倾瓦,取B、D计好的,能调整,图2 调门配汽图
表11号机组调门开度与轴瓦温度的对应表
负荷
MW
GV1开度%
GV2GV3GV41号瓦1号瓦2号开度开度开度左侧温度右侧温度瓦温%%%
0.50168.97.510.316.7
1.31.01.7813.313.622.534.9
76.97781.477.381.481.98787
87.889.594.392.694.395.386.881
79.68083.68283.68479.776.8
3号
瓦温 61.962.461.
962.361.962.361.962.2
190.233.5826.9220250270
41.545.748
35404243.74445.864.7
281.649.1302.949.3332.350.7352.253.9
在做1号机组阀试验时,发现当做1号主汽门试验时,也就是1号、3号调门关小时,1号轴承右侧温度降低,左侧温度升高;做2号主汽门试验时,1号轴承右侧温度升高,左侧温度降低。在做3号、4号机组阀试验时有着同样的变化,
以采用取轴瓦间隙额定值的上限,来保证可倾瓦所需的最小油膜厚度,推力间隙设计值为:1号瓦0.51mm~0.61mm、2号瓦间隙为0.61mm~0.71mm,在检修时将间隙分别取为0.61mm与0.71mm。
3.2 降低1号、2号瓦的负荷
日本原设计高压转子中心比低压转子中心低0.10mm~0.15mm,现在为了降低1号、2号瓦的负荷,把高压转子中心调低至低压转子中心下0.20mm~0.25mm;如果1号瓦温度高,就改为对轮上张口;如果2号瓦温度高就改为对轮下张口,张口值要小于0.03mm。1号机组的调整情况如图6所示。
图4 许用最小油膜厚度与轴径、转速的关系
整的只能是外载荷W,调整的办法是通过改变各瓦扬度来进
行的。
2.4 轴承负荷分配的分析
冷态下转子找中心,实际上是找轴瓦中心,使各个轴瓦负荷分配均匀,比压合理。转子中心的设计偏差值(即对应于各轴承从冷态到热态不同的膨胀量而在转子找中心时预留的偏差值),这个偏差值主要是生产厂家给定的。但实际上即使机组型号相同,各台机组之间因安装和运行状态有差别,此偏差值也不尽相同。若转子设计偏差值与实际状态下的各轴瓦的膨胀高度不符,必然引起各轴瓦负荷分配不均,重载的轴瓦油膜厚度减薄,摩擦加重而造成部分轴瓦区域乌金缺油使瓦温升高,严重时还会引起局部熔瓦,轴瓦振动加剧。由此可见,虽然检修时找对轮中心符合设计标准,但2号瓦的温度仍然较高,这说明2号瓦的工作负荷高,如图5所示,日本设计高低压对轮中心为高压转子中心比低压转子中心低0.10mm~0.15mm,对轮下张口小于0.03mm。由于是下张口,高低压对轮把紧后,1号瓦受到的力大于2号瓦,那么就会导致1号瓦温度大于2号瓦的温度,在实际运行中,1号瓦温度高于2号瓦10多度,如果改为上张口,高低压对轮把紧后,1号瓦受到的力大大减轻,那么1号瓦温度将有所降低,2号瓦温
度将有所升高。
图6 高低压转子对轮找中心标准修改示意图
3.3 刮研1号、2号瓦两下瓦块进出油边
转子与轴瓦接触面积要求为1/3,机组运行一段时间后,转子与轴瓦接触面积增大,造成进油面积减小,润滑油流量减小,轴瓦油膜厚度减薄,轴瓦得不到充分冷却使轴瓦温度升高。因此保证一定的润滑油量冷却轴瓦也是降低温度的一个办法。
设计1号瓦、2号瓦处的转轴径为 304.39-0.05mm、 354.29-0.05mm。各加工一个直径为 305-0.05mm和 355-0.05mm长度约为400mm的假轴,用来校验瓦块是否被磨损或变形,若有变形,将瓦块上1000mm立车床,以瓦块背弧为基准进行找中心,找中心偏差不得大于0.03mm之后加工瓦块乌金,加工量不得超过轴瓦间隙的15%,在0.05mm~0.10mm以内。轴瓦加工完工后,要在真轴上进行刮研,并保证1/3与轴的接触区域,且该区域要与轴的密着度达95%以上。在油入口边开一个较大油楔,入口间隙为0.10mm左右过渡到0.01mm,但两边留20mm的挡油边,油的出口边刮通,油的出口边间隙为0.01mm左右过渡到0.05mm,保持油膜稳定形成,具体情况如图7所示。
图5 高低压转子对轮找中心标准
如果把1号、2号瓦的标高都降低,那么1号、2号瓦的温度都会降低,而3号瓦温度将有所升高,从表1中可知,3号瓦的最高温度不超过63 ,4号瓦的最高温度不超过65 ,理论上完全能够承受一定的负荷,因此,降低1号、2号瓦的标高也是一个可行、有效的对策。
图7 轴瓦修刮示意图
3 对 策
影响汽轮机轴瓦温度高的原因有外载荷、轴承比压、润滑油流量、油膜厚度、轴承的相对间隙 、楔形油膜厚度比ha/hb等很多因素,而最重要的因素是外载荷、轴承的相对间隙 、楔形油膜厚度比ha/hb,所以就重点解决此类问题。3.1 适当增加轴承的相对间隙
,,3.4 根据轴瓦温度调整调门特性曲线
机组原设计280MW时,3号调门开启,通过调整油动机的弹簧进而改变调门特性曲线,使下部调门提前开启,减少蒸汽对转子的冲击力,减少1号、2号瓦的负荷。如果1号轴承左侧温度较大,右侧温度较小,可以开大1号、3号调门,减小2号、4号调门开度,反之,减少1号、3号调门,开大2号、4号调门。但这种方法不推荐使用,因为调整过程中很容易造成机组振动。
450页)
图9 调节级级后温度与主蒸汽流量的关系
主蒸汽流量的变化关系如图9所示。
从图9中可以看出,定压运行随着负荷的降低调节级后温度急剧降低,温度变化幅度大,转子热应力较大,对于机组的安全性有较大的影响,因此,在机组的运行过程中必须限制变负荷的速度,以避免负荷变化过于剧烈导致较大的热应力和热变形。限制机组变负荷的速度,就会影响机组参与电网一次调频的能力,对于电网频率的稳定和供电品质的提高是不利的。相对于定压运行,滑压运行调节级级后温度不是随着机组负荷的降低而降低,而是随着负荷的降低而略有增加,而且温度变化的幅度很小,转子热应力较小,因此变负荷速率可以较大,大大的提高了机组参与电网一次调频的能力[5]。
3.2 不同运行方式对加热器安全性的影响
根据汽轮机变工况热力计算可得出1段抽汽点温度、2段抽汽点温度随主蒸汽流量的变化关系,如图10和图11所示。
由图10和图11可看出,在同一负荷下滑压运行1段抽汽点温度和2段抽汽点温度都高于定压运行。与定压运行相比,一方面滑压运行1段和2段抽汽的抽汽体积流量增大,抽汽压损加大;另一方面滑压运行时1号和2号两个高压加热器汽侧温度较高,使加热器金属的高温蠕变速度增大,对高压加热器的安全性产生不利影响。
图10 1
段抽汽点温度与主蒸汽流量的关系
图11 2段抽汽点温度与主蒸汽流量的关系
利于热经济性的提高。得出了300MW机组滑压运行时应采用4个调节阀全开的滑压运行方式,变负荷时采用定滑定运行方式即100%~80%负荷采用定压运行方式,主蒸汽压力和温度为额定值,用调节汽门启闭调节负荷;在80%负荷以下采用4个调节阀全开滑压运行方式,即维持4个调节汽门开度不变,主蒸汽压力随负荷减小而降低,主蒸汽温度为额定值。
滑压运行时,由于调节级级后温度基本不随主蒸汽流量变化,转子热应力较小;与定压运行相比,滑压运行1段和2段抽汽温度较高,会对高压加热器的安全性产生不利影响。
参考文献
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1991.[3] 刘乃龙,刘永霞.300MW机组定滑定运行方式经济性分析[J].河北电力技术,2000.[4] 翦天聪.汽轮机原理[M].北京:水利电力出版社,1992.
[5] 陶建国.600MW机组定滑压运行特性分析[J].华东电力,
2000.
4 结 论
通过对不同运行方式下的调节阀门压损、高压缸排汽温
度、蒸汽在再热器中的吸热量、给水泵耗功、理想循环热效率等各项指标进行了比较分析。从分析结果得出,同一主蒸汽流量下,4阀全开滑压运行机组热经济性高于5阀全开滑压运行热经济性,5阀全开滑压运行热经济性高于6阀全开滑压运行热经济性,即滑压运行时减少调节阀门全开个数
更有(上接第446页)
少可降低轴瓦温度10 ,而轴承几何尺寸、轴承的承载能力、比压等与原来的设计相同。
4 机组启动后效果
针对华能大连电厂上述轴瓦温度高的问题,利用机组检
修机会更换1号瓦块、调整连轴器对中及张口、调整1号、2号瓦负荷分配等一系列措施,机组再次启动后,1号机1号瓦温度由105 降到了96 以下,取得了良好效果,保证了机组能够连续安全的长周期运行。
虽然轴瓦温度降低很明显,但还是偏高,根据国内同类型机组的成功经验,下一步可考虑更换1号、2号轴承的基体,基体由铸钢改为Cr-Cu合金,即将巴氏合金浇注在,,参考文献
[1] 靖长才.350MW汽轮机1号轴瓦基体更换[J].汽轮机技术,
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电力技术,1996,(4):36-39.
[3] 田 钧,姜彩生,刘春风,等.350MW汽轮机轴瓦损坏原因分
析[J].华东电力,2004,32(3):61-62.
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汽 轮 机 技 术TURBINETECHNOLOGY
Vo.l48No.6Dec.2006
350MW汽轮机轴瓦温度高分析及处理
杜东明,高洪涛
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(1大连海事大学机电与材料工程学院,大连116026;2华能大连电厂,大连116100)
摘要:针对日本三菱350MW机组普遍存在的1号轴瓦温度高的问题,从理论到实践进行了分析,阐述了影响可倾
瓦温度的关键因素,并通过合理选择轴承的油隙、调整轴瓦的负荷分配、修刮可倾瓦的进出油楔等手段,使1号机组1号轴瓦降低了9 。这对保障机组安全运行具有重要的意义,同时对解决同类型机组存在的同样问题具有重要的参考价值。
关键词:汽轮机;轴瓦;高温
分类号:TK268 文献标识码:B 文章编号:1001-5884(2006)06-0444-03
CauseAnalysisofHighTemperatureofBearingfor350MWTurbineandDisposal
DUDong-ming,GAOHong-tao
1,2
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(1Electromechanics&MaterialsEngineeringCollege,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China;
2DalianPowerPlan,tHuanengCompany,Dalian116100,China)
Abstract:WithreferencetothecommonfaultofMitsubshitype350MWsets,thispaperanalysesindetailthecausesand
setsforththevitalfactswhichaffectthehightemperatureofbearing.Bychoosingreasonableoilgap,adjustingloadofbear-ing,repairingoilgapofin-and-outbearing,thetemperatureofNo.1radialbearingwasdecreasedby9 .Itisimportantforkeepingturbinerunningsafely,andalsoisvitalvaluablefordealingwiththesamefaultofthesametypeturbine.Keywords:steamturbine;radialbearing;hightemperature
的稳定性和减振能力,能够获得较为理想的轴系中心线。发
0 前 言
轴承是汽轮机重要的组成部件,如果轴承出现故障就会导致汽轮机停机,影响机组的长周期安全经济运行,因此研究轴承存在的问题就显得特别重要。轴承温度高是轴承故障的一种比较常见的故障形式,虽然各个汽轮机轴承的形式、参数、检修工艺等各方面不同,但以往汽轮机的轴承温度高的原因分析及处理措施对处理轴承温度高问题是有借鉴作用的。有的电厂通过更换轴瓦的基体材料使轴瓦温度降低10 [1];有的电厂通过调整轴瓦安装间隙、改善供油条件、优化运行方式等手段处理了轴承温度高的问题。本文针对华能大连电厂350MW汽轮机轴瓦温度高的问题进行分析和处理。
[2~4]
电机第5、6轴承为圆筒型,励磁机7轴承为4瓦块可倾瓦。具体情况如图1所示。
图1 三菱TC2F-40型汽轮机轴系布置图
日本三菱公司生产的350MW燃煤机组普遍存在着1号轴承支持瓦温度高的问题,但其最高温度不超过100 。华能大连电厂1号、2号机自1988年机组投产以来同样存在着1号瓦温度高的问题,特别是1993年以后,1号机当负荷升至280MW~290MW时,1号瓦温度达106 ,接近报警值107 ,轴瓦温度建议打闸值为113 ,已严重影响机组安全运行。为此,1994年~1998年间利用机组检修的机会对轴瓦、轴承盖的紧力、轴承的油隙、轴径与轴瓦的接触情况进行检查和测量,更换了日本供给的1号、2号新瓦块备件、调整联轴器对中及张口,但效果仍不明显,1号瓦温度还是在101 左右。
1 设备简介及轴瓦存在的问题
TC2F-40型机组是日本三菱公司生产的350MW燃煤机组。转子为整锻式,高中压转子由高强度铬钼钢(CrMoV)
材料制成,重量21t,低压转子由强铬钼钢(NiCrMoV)材料制成,低压转子重量60t。转子的整个轴系共有7个轴承支撑,高中压转子的第1、2轴承采用4瓦块可倾瓦、低压转子的第3、4轴承采用3瓦块可倾瓦,这种轴承比压较大,增加了轴系
收稿日期:2006-01-09
障诊断和转子动力学方面的研究。
2 轴瓦温高原因分析
国内三菱公司同类型机组(例如福州电厂1号、2号机
作者简介:杜东明(1973-),男,工程师,现在华能大连电厂从事汽轮机检修管理工作,在职攻读大连海事大学博士学位,从事有关汽轮机的故
第6期杜东明等:350MW汽轮机轴瓦温度高分析及处理 445
组)也存在着1号、2号轴瓦温度高的问题,福州电厂1号、2号机组是在3号调门刚开时,其1号、2号轴瓦温度最高,但
也不超过98 ,其它(如宝钢电厂)机组轴瓦温度最高也不超过95 ,显然,大连电厂机组瓦温高虽然主要是设计方面的原因,但也有进一步降低瓦温的可能。
2.1 汽轮机进汽方式的影响分析
高压调门与蒸汽室由铸钢制成,有2个相同的蒸汽室位于高中压缸两侧,每个蒸汽室有2只调速汽门,主蒸汽通过主汽门进入蒸汽室和调门,然后经4根调门导汽管引入汽轮机蒸汽室。如图2所示,在正常情况下,调门开启顺序是1号、2号调门先开,其次是3号调门,然后是4号调门。1号、2号调门对轴系有向下的力,会促使1号、2号支持轴承受更大的负荷,过大的负荷会使其轴温升高,而且其敏感度较高。表1是瓦温随机组负荷及调门开度变化的对照表,从表中可以看出,当3号、4号调门刚要开启时,2号瓦及1号瓦右侧温度都较高,但随着3号、4号调门的开大,温度有所下降,在负荷达到302.9MW时,温度再次出现高点,接着温度随3号、4号调门开度增大又降低,整个过程中3号轴瓦温度变化不超过1 ,这说明调门进汽量的方向影响1号、2号轴瓦温度,而不影响3号瓦的温度。当汽缸上部的调门开大时,1号、2号瓦温度升高,当下部调门开大时,1号、2号瓦温度降
低。
左侧调门开大时,轴瓦右侧温度升高,左侧降低;当右侧调门开大时,轴瓦左侧温度升高,右侧降低,调门与瓦温有着固定的定向变化关系。
以上说明,支持轴承除了承受转子的自身重量外,还要承受蒸汽对转子的冲击作用,前者是瓦温高的根本原因,后者对瓦温高起到了推波助澜的作用。2.2 动压润滑的形成原理如图3所示,假定有两个相互倾斜的平板,板间的间隙沿运动方向由大到小成收敛的楔形,上板承受载荷W,下平板不动而上平板以速度u正向运动,由于液体是不可压缩的,必将在间隙内 拥挤 而
图3 轴瓦动压油膜形成原理图
形成压力。也将迫使进口端的速度图形向内凹,出口端的速度图形向外凸。进口端间隙大而速度图形内凹,出口端间隙小而速度图形外凸,于是有可能使带进油量等于带出油量。同时,间隙内形成的液体压力将于外载荷W平衡,这就说明在间隙内形成了压力油膜[5]。截面A、B之间压力增高是因截面积减小造成的,这就是楔形油膜形成的油压,取名为动压轴承。楔形间隙油膜厚度之比ha/hb及相对运动速度越大,轴承承载能力就越好。所以在检修时对轴瓦进行刮研的目的是加大ha,使楔形间隙油膜厚度之比ha/hb加大,确保轴承有足够的油楔及进油量。楔形间隙油膜厚度最大与最小之比及相对运动速度越大,轴承承载能力就越好。对于定转速的转机,提高油膜厚度最大与最小之比是提高轴承承载能力的最有效办法。2.3 轴承间隙分析
华能大连电厂1号、2号轴承采用了四瓦块可倾瓦式轴承,各瓦块支承在背后的球面支点上,可在任意方向上自由摆动。各瓦块空档间为进油口。在油层动压作用下,每个瓦块可以单独自由摆动到形成油膜的最佳位置,以适应转速、轴承负荷,转子挠度等运行条件的变化,全周形成4个均匀稳定的压力油膜,且各瓦块的油膜作用力都通过轴心,没有使轴颈涡动的分力,因而具有极高的制动性,因而能有效地避免自激振荡(如油膜振荡,蒸汽振荡),正是由于可倾瓦有着极佳的稳定性,也决定了其最小油膜厚度有着极高的要求。对于一定转速的汽轮机,查图4可知,其所需的最小油膜厚度hmin在35 m~40 m之间,整个轴承间隙可以取70 m~80 m,而轴承设计安装说明书要求1号、2号瓦间隙分别是0.51 m~0.61 m、0.61 m~0.71 m,因此,折中可以取额定间隙的上限。
轴承比压是轴承又一重要指标,其数学表达式为WB D
式中,W为外载荷;B为轴承宽度;D为轴承直径。
Pm=
比压小的轴承,间隙可以取小,保证转子转动的稳定性;比压大的轴承,间隙可适当放大,对于比压较大的可倾瓦,取B、D计好的,能调整,图2 调门配汽图
表11号机组调门开度与轴瓦温度的对应表
负荷
MW
GV1开度%
GV2GV3GV41号瓦1号瓦2号开度开度开度左侧温度右侧温度瓦温%%%
0.50168.97.510.316.7
1.31.01.7813.313.622.534.9
76.97781.477.381.481.98787
87.889.594.392.694.395.386.881
79.68083.68283.68479.776.8
3号
瓦温 61.962.461.
962.361.962.361.962.2
190.233.5826.9220250270
41.545.748
35404243.74445.864.7
281.649.1302.949.3332.350.7352.253.9
在做1号机组阀试验时,发现当做1号主汽门试验时,也就是1号、3号调门关小时,1号轴承右侧温度降低,左侧温度升高;做2号主汽门试验时,1号轴承右侧温度升高,左侧温度降低。在做3号、4号机组阀试验时有着同样的变化,
以采用取轴瓦间隙额定值的上限,来保证可倾瓦所需的最小油膜厚度,推力间隙设计值为:1号瓦0.51mm~0.61mm、2号瓦间隙为0.61mm~0.71mm,在检修时将间隙分别取为0.61mm与0.71mm。
3.2 降低1号、2号瓦的负荷
日本原设计高压转子中心比低压转子中心低0.10mm~0.15mm,现在为了降低1号、2号瓦的负荷,把高压转子中心调低至低压转子中心下0.20mm~0.25mm;如果1号瓦温度高,就改为对轮上张口;如果2号瓦温度高就改为对轮下张口,张口值要小于0.03mm。1号机组的调整情况如图6所示。
图4 许用最小油膜厚度与轴径、转速的关系
整的只能是外载荷W,调整的办法是通过改变各瓦扬度来进
行的。
2.4 轴承负荷分配的分析
冷态下转子找中心,实际上是找轴瓦中心,使各个轴瓦负荷分配均匀,比压合理。转子中心的设计偏差值(即对应于各轴承从冷态到热态不同的膨胀量而在转子找中心时预留的偏差值),这个偏差值主要是生产厂家给定的。但实际上即使机组型号相同,各台机组之间因安装和运行状态有差别,此偏差值也不尽相同。若转子设计偏差值与实际状态下的各轴瓦的膨胀高度不符,必然引起各轴瓦负荷分配不均,重载的轴瓦油膜厚度减薄,摩擦加重而造成部分轴瓦区域乌金缺油使瓦温升高,严重时还会引起局部熔瓦,轴瓦振动加剧。由此可见,虽然检修时找对轮中心符合设计标准,但2号瓦的温度仍然较高,这说明2号瓦的工作负荷高,如图5所示,日本设计高低压对轮中心为高压转子中心比低压转子中心低0.10mm~0.15mm,对轮下张口小于0.03mm。由于是下张口,高低压对轮把紧后,1号瓦受到的力大于2号瓦,那么就会导致1号瓦温度大于2号瓦的温度,在实际运行中,1号瓦温度高于2号瓦10多度,如果改为上张口,高低压对轮把紧后,1号瓦受到的力大大减轻,那么1号瓦温度将有所降低,2号瓦温
度将有所升高。
图6 高低压转子对轮找中心标准修改示意图
3.3 刮研1号、2号瓦两下瓦块进出油边
转子与轴瓦接触面积要求为1/3,机组运行一段时间后,转子与轴瓦接触面积增大,造成进油面积减小,润滑油流量减小,轴瓦油膜厚度减薄,轴瓦得不到充分冷却使轴瓦温度升高。因此保证一定的润滑油量冷却轴瓦也是降低温度的一个办法。
设计1号瓦、2号瓦处的转轴径为 304.39-0.05mm、 354.29-0.05mm。各加工一个直径为 305-0.05mm和 355-0.05mm长度约为400mm的假轴,用来校验瓦块是否被磨损或变形,若有变形,将瓦块上1000mm立车床,以瓦块背弧为基准进行找中心,找中心偏差不得大于0.03mm之后加工瓦块乌金,加工量不得超过轴瓦间隙的15%,在0.05mm~0.10mm以内。轴瓦加工完工后,要在真轴上进行刮研,并保证1/3与轴的接触区域,且该区域要与轴的密着度达95%以上。在油入口边开一个较大油楔,入口间隙为0.10mm左右过渡到0.01mm,但两边留20mm的挡油边,油的出口边刮通,油的出口边间隙为0.01mm左右过渡到0.05mm,保持油膜稳定形成,具体情况如图7所示。
图5 高低压转子对轮找中心标准
如果把1号、2号瓦的标高都降低,那么1号、2号瓦的温度都会降低,而3号瓦温度将有所升高,从表1中可知,3号瓦的最高温度不超过63 ,4号瓦的最高温度不超过65 ,理论上完全能够承受一定的负荷,因此,降低1号、2号瓦的标高也是一个可行、有效的对策。
图7 轴瓦修刮示意图
3 对 策
影响汽轮机轴瓦温度高的原因有外载荷、轴承比压、润滑油流量、油膜厚度、轴承的相对间隙 、楔形油膜厚度比ha/hb等很多因素,而最重要的因素是外载荷、轴承的相对间隙 、楔形油膜厚度比ha/hb,所以就重点解决此类问题。3.1 适当增加轴承的相对间隙
,,3.4 根据轴瓦温度调整调门特性曲线
机组原设计280MW时,3号调门开启,通过调整油动机的弹簧进而改变调门特性曲线,使下部调门提前开启,减少蒸汽对转子的冲击力,减少1号、2号瓦的负荷。如果1号轴承左侧温度较大,右侧温度较小,可以开大1号、3号调门,减小2号、4号调门开度,反之,减少1号、3号调门,开大2号、4号调门。但这种方法不推荐使用,因为调整过程中很容易造成机组振动。
450页)
图9 调节级级后温度与主蒸汽流量的关系
主蒸汽流量的变化关系如图9所示。
从图9中可以看出,定压运行随着负荷的降低调节级后温度急剧降低,温度变化幅度大,转子热应力较大,对于机组的安全性有较大的影响,因此,在机组的运行过程中必须限制变负荷的速度,以避免负荷变化过于剧烈导致较大的热应力和热变形。限制机组变负荷的速度,就会影响机组参与电网一次调频的能力,对于电网频率的稳定和供电品质的提高是不利的。相对于定压运行,滑压运行调节级级后温度不是随着机组负荷的降低而降低,而是随着负荷的降低而略有增加,而且温度变化的幅度很小,转子热应力较小,因此变负荷速率可以较大,大大的提高了机组参与电网一次调频的能力[5]。
3.2 不同运行方式对加热器安全性的影响
根据汽轮机变工况热力计算可得出1段抽汽点温度、2段抽汽点温度随主蒸汽流量的变化关系,如图10和图11所示。
由图10和图11可看出,在同一负荷下滑压运行1段抽汽点温度和2段抽汽点温度都高于定压运行。与定压运行相比,一方面滑压运行1段和2段抽汽的抽汽体积流量增大,抽汽压损加大;另一方面滑压运行时1号和2号两个高压加热器汽侧温度较高,使加热器金属的高温蠕变速度增大,对高压加热器的安全性产生不利影响。
图10 1
段抽汽点温度与主蒸汽流量的关系
图11 2段抽汽点温度与主蒸汽流量的关系
利于热经济性的提高。得出了300MW机组滑压运行时应采用4个调节阀全开的滑压运行方式,变负荷时采用定滑定运行方式即100%~80%负荷采用定压运行方式,主蒸汽压力和温度为额定值,用调节汽门启闭调节负荷;在80%负荷以下采用4个调节阀全开滑压运行方式,即维持4个调节汽门开度不变,主蒸汽压力随负荷减小而降低,主蒸汽温度为额定值。
滑压运行时,由于调节级级后温度基本不随主蒸汽流量变化,转子热应力较小;与定压运行相比,滑压运行1段和2段抽汽温度较高,会对高压加热器的安全性产生不利影响。
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4 结 论
通过对不同运行方式下的调节阀门压损、高压缸排汽温
度、蒸汽在再热器中的吸热量、给水泵耗功、理想循环热效率等各项指标进行了比较分析。从分析结果得出,同一主蒸汽流量下,4阀全开滑压运行机组热经济性高于5阀全开滑压运行热经济性,5阀全开滑压运行热经济性高于6阀全开滑压运行热经济性,即滑压运行时减少调节阀门全开个数
更有(上接第446页)
少可降低轴瓦温度10 ,而轴承几何尺寸、轴承的承载能力、比压等与原来的设计相同。
4 机组启动后效果
针对华能大连电厂上述轴瓦温度高的问题,利用机组检
修机会更换1号瓦块、调整连轴器对中及张口、调整1号、2号瓦负荷分配等一系列措施,机组再次启动后,1号机1号瓦温度由105 降到了96 以下,取得了良好效果,保证了机组能够连续安全的长周期运行。
虽然轴瓦温度降低很明显,但还是偏高,根据国内同类型机组的成功经验,下一步可考虑更换1号、2号轴承的基体,基体由铸钢改为Cr-Cu合金,即将巴氏合金浇注在,,参考文献
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