工业汽轮机固定瓦推力轴承改进及效果研究

工业汽轮机固定瓦推力轴承改进及效果研究

刘佳，秦艳娟

（大唐阜新能源化工工程有限公司，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0）

摘要：工业汽轮机运行中转子轴向推力由汽轮机推力轴承承担，同时保证汽轮机通流部分及静止部件的轴向位置。故此，工业汽轮机安全运行的首要条件就是推力轴承正常运转。推力瓦块工作稳定是影响推力轴承工作的主要因素，若机组运行时瓦块温度过高将导致运行负荷裕量过小，使瓦块磨损速度加快，造成润滑油质老化，甚至可能将瓦块烧毁，导致汽轮机严重损坏。故此，本文对轴瓦块温度过高的原因进行了分析，并给出了相应的改进措施。

关键词：工业汽轮机；推力轴承；温度控制；措施

斜—平面组合的扇形固定瓦推力轴承及扇形可倾瓦推力轴承为常用的汽轮机推力轴承（图1），对比可以发现，工况发生变动时，扇形可倾瓦推力轴承工作状态优于组合扇形固定瓦推力轴承，但是扇形固定瓦的结构相对简单，制造及安装较为容易，各轴向间隙在运行过程中保持更为良好，承载能力高于同尺寸球铰支承的可倾瓦轴承1 0%～1 7%左右。

故此，在中小型设备中使用非常广泛，具有成本低廉、尺寸小、精度高、可靠性良好、运行寿命长的优点。

图1

1 设备基本情况及推力轴承存在的不足

某工业汽轮机为单缸冲动冷凝式汽轮机，轴承是固定瓦推力轴承，浸入式进油方式，由推力轴承与前径向轴承构成联合轴承。转子与推力盘为一体加工制成，汽轮机转子及气缸间相对死点位于推力盘，推力轴承工作面与非工作面钨金位置均设超温报警显示装置，调整推力瓦及前轴承瓦座之间垫片厚度，能够达到转子、喷嘴及各级隔板间轴向间隙的要求。

斜—平面组合的扇形推力轴承斜面具有相应的倾斜角，因上部间隙小于底部斜面间隙，减少运行过程中外侧边缘甩出的油量，同时将油膜的刚度提升。设计更改后，能够在运行中表现良好。

6 3 0 MW为某机组最大负荷，也就是5 0 k N为最大推力的情况之下，8 8℃为推力瓦最高点温度；当额定负荷为6 0 0 MW，推力为4 0 k N的情况时，推力瓦最高温度点依旧在8 0℃以上。

巴士合金应用于推力瓦钨金面，1 5 0～1 6 0℃为理论上钨—锡合金最高许用温度，1 2 0℃为瓦块最高许用温度。但在实际应用过程中，许用温度通常会比理论值下降2 0%，故此，只能9 5℃以下的工况中运行。若瓦块长期处于8 5℃的工况之中，将导致润滑油老化及变质的速度加快。对油质及轴承材质进行综合考量，一般将7 5℃设置为润滑油报警值，8 5℃为停机值。

2 轴瓦温度偏高的原因

2.1 轴向推动力过大

在蒸汽作用下，多级轴流式气流影响，即在运行过程中转子呈现由高压端向低压端移动的状态，故此，轴向推动力产生。因机组常常超负荷运转，可达到额定最值，故此，轴向推力偏大，冲转式汽轮机轴向推力长期保持在4 0～6 0 k N。为达到轴向力平衡的目的，除通过推力轴承进行平衡外，还有转子对轴向推力的平衡作用。此机组使用齿形轴封，若叶根处漏汽，那么隔板轴封漏汽流量则小于通过叶轮平衡孔蒸汽流量；若检查不彻底，达不到相应要求，那么轴封间隙超标，油封漏汽量上升，引起轴向推力过大，从而造成推力瓦温度偏高。

2.2 推力瓦余量不足

单缸冲动冷凝式汽轮机推力瓦是固定式，5 2 k N为轴向推力，设置1 0块扇形瓦块于轴上，进油方式为浸入式。瓦块设有楔形角度，使推力盘与瓦块工作面形成楔形空隙，推力盘转动使润滑油发生移动，润滑油从宽口流向窄口，因进口流量大于出口流量，在楔形空间内润滑油受到挤压，压力呈上升趋势，当上升至足以平衡转子轴向推力的时候，瓦块与推力盘工作面产生油膜，形成油膜液体摩擦。

当推力及负荷超标时，推力盘挤压加大，在进油量不变的前提下，形成油膜厚度变小，回油口也不变时，瓦块楔形间隙内一部分润滑油从瓦块出口侧排出，一部分则与环形腔室润滑油混合，一同进入后续瓦块楔形间隙。因润滑油的循环，提高了环形腔室的油温，冷却效果不理想。若轴瓦安装存在较大偏差，也将导致某些瓦块油膜厚度变小，其它瓦块油膜厚度相应上升，造成推力瓦工作温度持续偏高。

2.3 润滑油供油不足

若供油油量分配不当或是管道堵塞都将造成润滑油不能充分利用或是油量减少，推力瓦产生的热量不能全部带走，造成瓦温上升。故此，需及时检查推力瓦进、回油管，防止管道异物堵塞管道，造成推力瓦供油不足。

3 处理方法

3.1 油质及管道的检查

因润滑油管道锈蚀残渣、各种零件老化、汽轮机油封漏汽等产生的杂质，均对润滑油质量产生不利影响，故此，需定期对润滑油进行过滤，并对油质的情况进行及时的检查。润滑油在静止的情况下，水分及杂质等会沉积在润滑油油箱底部，故此，将油箱排净后，对油箱进行清理能够有效清除润滑油中的杂质。

为了能够将油箱中的水分及杂质彻底清除，在检修时，排空汽轮机油箱的油，箱底会沉积大量粘稠物质以及老化脱落的零件碎片等。将各处杂质及铁锈清除后，通过干净的面团将油箱及轴承箱内部彻底清理。更换汽机润滑油，抽出原有润滑油，加入储油箱，经过严格过滤后，作为备用油使用。

3.2 改进措施

因所需油量为每分钟1 5 0 L，供给油量为每分钟2 0 0 L，而推力瓦工作面推力远大于非工作面推力，所需油量不多，故此，可将非工作面进油口直径缩小，如此推力瓦进油量获得提升，满足非工作面供油量；轴承运行之初，推力盘与瓦块间润滑膜还未形成，为了满足启动性能，支撑平台建议值可设定为7 mm，固定瓦推力轴承启动比压为0.7 MP a；理论上瓦块最高承受平均比压最值可达7 MP a，但是为防止轴承温度过热，最大瞬时比压应小于或等于4 MP a，支撑平台的性能得到满足，而且支撑面较大将导致油膜厚度下降，故此，不需进行更改；为了降低瓦块出口侧流出的润滑油同环形腔室内的润滑油混合量，可对回油槽进行拓宽，以此提升润滑油循环。

4 效果分析

凭借上述改进措施，机组的运行状态得到了显著的提升，在机组最大运行负荷达到6 3 0 MW时，最大轴向推力为5 0 k N，并且推力瓦温度最大值不会超过7 0℃，在机组运转负荷是6 0 0 MW时，所产生的轴向推力为4 0 k N，推力瓦温度最大值仅为6 5℃，完全可以保障机组运行的安全稳定。

5 结语

非工作面推力瓦用油量小于工作面推力瓦用油量，故此，总油量不变的前提下，按1:2设置进油量，能够对整体机组用油量形成保护，提升经济性及合理性；机组启动之初，润滑油膜尚未形成，为了对推力瓦及启动性能进行保护，推力瓦应具有相应的支撑，推力瓦各瓦块长度决定其宽度，并且支撑长度不可过长。

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中图分类号：T K 2 6

文献标识码：A

文章编号：1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 2（下）-0 0 6 1-0 2