遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司采用西屋技術(shù)對(duì)5號(hào)汽輪機(jī)(K-200-130-3型)低壓通流部分進(jìn)行了改造。改造內(nèi)容是：更換低壓缸的轉(zhuǎn)子、隔板、軸承及缸內(nèi)的支撐部件等。改造投運(yùn)后，低壓缸效率提高了5%，機(jī)組運(yùn)行的總體效果良好。但4號(hào)軸承(低壓缸前軸承)、5號(hào)軸承(低壓缸后軸承)的工作溫度較高，治理前軸承具體參數(shù)見表1。

表1 治理前4，5號(hào)軸承與油器供油溫度關(guān)系

冷油器供油

4號(hào)軸承

5號(hào)軸承

溫度/℃

瓦溫/℃

回油溫度/℃

瓦溫/℃

回油溫度/℃

36.0

73.0

62.5

92.5

75.0

37.0

74.0

63.0

94.5

76.5

38.0

75.5

64.5

95.0

77.0

39.0

76.0

65.0

96.0

78.5

40.0

77.5

66.0

97.5

79.0

從表1不難看出軸承溫度隨冷油器供油溫度升高而升高。西屋公司的技術(shù)要求中指出，瓦溫≥95℃報(bào)警，當(dāng)瓦溫≥102℃時(shí)機(jī)組跳閘。為了不使機(jī)組跳閘，采取了限制冷油器出口溫度的辦法以維持機(jī)組運(yùn)行。然而規(guī)程規(guī)定冷油器出口溫度應(yīng)控制在38～45℃，若出口溫度過低，易引起軸系的油膜振蕩。該措施不能確保機(jī)組的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，原因還在于夏季環(huán)境溫度高，一旦冷油器換熱效果變差，就很可能造成燒瓦事故。

低壓通流部分改造后的多次軸承解體均發(fā)現(xiàn)4，5號(hào)軸承下軸瓦及其軸頸表面均磨損較重，尤其是5號(hào)軸承下軸瓦的接觸角部位烏金呈深黑色且被碾壓成烏金皮，最厚處約80μm，且有明顯的“過熱”現(xiàn)象。同時(shí)軸頸已形成無(wú)數(shù)周向溝痕，溝痕深淺在2～50μm。

1 軸承溫度高原因

1.1 轉(zhuǎn)子重量的影響

原轉(zhuǎn)子靜負(fù)荷情況下，兩軸承的比壓是1.43MPa。由于新轉(zhuǎn)子比原轉(zhuǎn)子重7.6t，但其與原轉(zhuǎn)子的軸頸及軸瓦寬度尺寸一致，這樣新轉(zhuǎn)子使軸承單位面積上的計(jì)算靜負(fù)荷增加了0.3MPa。軸承的比壓增加了，導(dǎo)致液體摩擦熱增加。這是軸承溫度升高的原因之一。

1.2 頂軸油泵的影響

(1) 頂軸油泵油壓低的影響

西屋標(biāo)準(zhǔn)要求頂軸油泵出口壓力為15 MPa，泵銘牌上的出口壓力也為15 MPa，而實(shí)際運(yùn)行頂軸油泵的出口壓力最大只8 MPa，原因是美國(guó)產(chǎn)的頂軸油泵電機(jī)頻率為60 Hz，用我國(guó)頻率為50 Hz的電力，自然其出口壓力就達(dá)不到銘牌出力，在此情況下做頂軸試驗(yàn)，僅僅能將5號(hào)軸承軸頸頂起3μm。然而當(dāng)盤車投入后，泵出口壓力降為7.2 MPa，可以推測(cè)盤車狀態(tài)下，5號(hào)軸承軸頸頂起值<3μm，這時(shí)投入盤車，軸承則處于接近于干磨的混合磨擦狀態(tài)，使軸瓦烏金在摩擦作用下因溫度升高而軟化，在壓應(yīng)力下產(chǎn)生擠壓變形。擠壓變形的烏金首先將頂軸油孔堵塞，然后將烏金擠壓成薄片，由旋轉(zhuǎn)的軸頸帶至和聚集在出油邊油間隙處，逐漸在下軸瓦接觸角及其出油邊油間隙上形成一層烏金皮。金屬試驗(yàn)證明該種軸承易起皮的原因是烏金塑性大、硬度低。軸瓦的接觸角及其出油邊油間隙上形成烏金皮后，使瓦體接觸角區(qū)域?yàn)踅鸨砻娲植诙仍黾?，因此局部油膜極易被破壞，這就形成了局部的混合摩擦狀態(tài)。一方面使軸瓦烏金逐漸磨損，一方面由于過熱而硬化的烏金粗糙表面使主軸頸逐漸被劃磨出溝痕。主軸頸被磨出溝痕后，其承載能力顯著下降，使混合摩擦加劇，形成惡性循環(huán)。這是導(dǎo)致軸承溫度升高的主要原因之一。

(2) 頂軸油泵起停方式的影響

根據(jù)法爾茨的混合摩擦向液體摩擦過渡的經(jīng)驗(yàn)公式可知：油膜的厚度與軸的相對(duì)角速度成正比，與軸承的平均壓強(qiáng)成反比。因此在其它條件不變的情況下，汽輪機(jī)主軸轉(zhuǎn)速越低，油膜厚度越薄。油膜越薄就越容易被破壞，而導(dǎo)致軸承處在混合摩擦狀態(tài)。

根據(jù)這一結(jié)論，改造后把在啟機(jī)過程中停止頂軸油泵運(yùn)行和在停機(jī)過程中啟動(dòng)頂軸油泵運(yùn)行的時(shí)機(jī)定在主軸轉(zhuǎn)速500 r/min時(shí)是不合適的。這是由于500 r/min油膜厚度較薄，若油溫升高、油質(zhì)劣化或軸承載荷增加等因素都很易造成油膜的局部破壞，導(dǎo)致軸承處于混合摩擦狀態(tài)，從而使軸承溫度升高。這是導(dǎo)致軸承溫度升高的另一主要原因。

2 治理對(duì)策

2.1 軸承處理

(1) 降低烏金的真實(shí)比壓

為降低真實(shí)比壓，可采取將軸頸與軸瓦接觸角由60°增加到75°的方法，這使軸瓦真實(shí)比壓約下降0.61 MPa，以減小單位面積的摩擦熱，降低軸瓦溫度。

(2) 使軸瓦間隙符合標(biāo)準(zhǔn)要求

其目的是保持供油壓力和潤(rùn)滑油量，以確保軸瓦的充分潤(rùn)滑并及時(shí)帶走摩擦熱。

(3) 處理頂軸油池直角邊緣

將加工頂軸油池時(shí)與烏金表面形成的直角邊緣倒鈍，以防止一旦油膜被破壞后直角邊緣磨軸和易從此處開始將烏金碾起。

(4) 適當(dāng)開大來(lái)油節(jié)流孔

來(lái)油節(jié)流孔由φ30 mm增大到φ32 mm，以增加軸承供油量并及時(shí)將摩擦熱帶走。

2.2　 改變頂軸油泵的運(yùn)行方式

(1) 可臨時(shí)采取2臺(tái)頂軸油泵并列運(yùn)行的方式，這使泵的出口壓力稍有增加，試驗(yàn)證明出口最大壓力可達(dá)8.8 MPa，投入盤車后其出口壓力不小于8.0 MPa，確保5號(hào)軸承軸頸被頂起不小于3μm。

(2) 把主軸轉(zhuǎn)速1 000 r/min定為啟機(jī)過程停止頂軸油泵運(yùn)行和停機(jī)過程啟動(dòng)頂軸油泵運(yùn)行的時(shí)機(jī)。這一轉(zhuǎn)速下形成的油膜要比500 r/min下的厚得多，因此其抗破壞能力較強(qiáng)，這一轉(zhuǎn)速理論上應(yīng)該是液體摩擦狀態(tài)，此時(shí)啟停頂軸油泵就應(yīng)該不會(huì)發(fā)生混合摩擦現(xiàn)象。

3　 治理后效果

在冷油器供油溫度38℃時(shí)，5號(hào)軸承瓦溫是82℃，這一溫度比報(bào)警溫度低13℃，比打閘停機(jī)溫度低20℃，這樣的溫度可確保機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行。治理后軸承溫度參數(shù)見表2。

表2 治理后4，5號(hào)軸承與冷油器供油溫度關(guān)系

冷油器供油

4號(hào)軸承