改變調(diào)節(jié)閥開度差解決軸瓦溫度過高問題  



     摘要：華能汕頭電廠1號汽輪機在額定參數(shù)和額定負荷下1號軸承的軸瓦溫度過高。主要原因是該軸承承受過大的負載，部分油膜減薄，引起瓦溫升高。能否通過改變調(diào)節(jié)閥開度差解決軸承瓦溫過高問題?經(jīng)試驗研究，證實了調(diào)節(jié)閥開度差與軸承溫度之間有關(guān)系。通過減小調(diào)節(jié)閥開度差，可降低軸承載荷，從而適當增加油膜厚度，降低軸瓦溫度。在實踐中，采用了改變3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差即調(diào)換3號、4號調(diào)節(jié)閥開啟順序的方法 ，使1號軸承溫度高的問題得到圓滿解決，花費少，見效快。  

    關(guān)鍵詞：汽輪機；軸承負載；軸瓦溫度；調(diào)節(jié)閥開度；開啟順序  

    華能汕頭電廠1號汽輪機，容量300 MW，系俄羅斯產(chǎn)品，型號K-300-170- 3，為單軸三缸三排汽亞臨界一次中間再熱凝汽式。汽輪機共5個軸承，除2號軸承為推力- 支持聯(lián)合球面自位式滑動軸承以外，其它軸承均為固定式滑動軸承，所有軸瓦材料為錫基巴 氏合金。在1996年底機組試運期間，發(fā)現(xiàn)該機組1號軸承后部軸瓦溫度在額定參數(shù)和額定負 荷下為95～102 ℃。其它軸承瓦溫都在75 ℃以下。后經(jīng)過對1號軸瓦中間泄油槽封堵了四分 之一，增加了軸瓦承載面積，1號軸瓦溫度降到90～92 ℃，瓦溫依然過高。打開1號軸承檢 查，發(fā)現(xiàn)該軸瓦后部有明顯的磨擦痕跡。  

    導(dǎo)致該軸瓦溫度高的主要原因，是由于廠家在設(shè)計中既沒有考慮在該處采用適當承載能力的自位式軸承，也沒有考慮到有關(guān)外部因素對軸承產(chǎn)生額外作用力、軸端轉(zhuǎn)角變化等影響，導(dǎo) 致該軸承承受過大的負載，引起瓦溫升高。  

    筆者曾對汽輪機調(diào)節(jié)閥開度差與軸承載荷與軸承溫度之間的關(guān)系進行了理論探討，得知對于帶反動度的汽輪機，其調(diào)節(jié)閥開度差（含開啟順序）除了對汽輪機蒸汽熱力性能及節(jié)流狀態(tài)有影響外，還與軸承載荷、轉(zhuǎn)軸撓度、軸端轉(zhuǎn)角、軸承油膜厚度及軸承溫度之間有關(guān)系，并且調(diào)節(jié)閥開度差與由其引起的作用在軸承上的附加載荷成正比關(guān)系（由于篇幅所限，在此不作贅述）。要解決因軸承設(shè)計不當?shù)纫蛩匾疠S承溫度高及油膜振蕩問題，在一定范圍內(nèi)，可以通過改變調(diào)節(jié)閥開度差來減小該軸承的負載或比壓及軸端轉(zhuǎn)角入手。  

    1、調(diào)節(jié)閥開度差與軸承油膜厚度及軸承溫度之間關(guān)系  

    根據(jù)潤滑理論，對于動壓式滑動軸承，如果軸承負載過輕，軸承油膜過厚，油膜容易失穩(wěn)而 發(fā)生油膜振蕩；如果軸承負荷過重，油膜容易破裂而產(chǎn)生軸瓦和軸頸局部干磨擦而使軸瓦溫 度升高。為使軸承油膜不致過厚也不致過薄，即不發(fā)生油膜震蕩也不致軸瓦溫度過高，就必 須找出油膜厚度與軸承負載等參數(shù)之間的關(guān)系。  

    圖1為徑向軸承的幾何關(guān)系。由圖1，可求得軸承垂直分力  

    F=μ×v×B×Fy/Ψ2，　　（1）  

    F--軸承垂直分力，N； 

    μ--潤滑油粘度，MPa·s； 

    Ψ--軸承的相對間隙，Ψ=C/R，mm； 

    C--軸承的半徑間隙，C=R-r，mm； 

    R--軸承半徑，mm； 

    r--軸頸半徑，mm； 

    B--軸頸工作長度，mm； 

    v--軸頸圓周速度，v=Rω，mm/s； 

    Fy--軸承承載因數(shù)； 

    ω--軸頸角速度，rad/s。 

    zui小油膜厚度為  

    hmin=C-e，　?。?）  

    hmin--zui小油膜厚度，mm； 

    e--軸頸在軸承中心偏心距，mm。  

    把上述有關(guān)公式代入（1）式中，適當整改得 

    F--軸承載荷，F(xiàn)=F0+FB，N； 

    F0--軸承原有載荷，N； 

    FB--由調(diào)節(jié)閥開度差引起的載荷，N。  

    由調(diào)節(jié)閥開度差與作用在軸承上附加載荷的正比關(guān)系，令FB=ΔH/a，其中ΔH為調(diào)節(jié)閥開度差，a為比例因子，則有F=F0+ΔH/a，并代入（3）式，得 
    （4）式揭示了軸承油膜厚度hmin與調(diào)節(jié)閥開度差ΔH之間的關(guān)系，在軸承的承載因數(shù)Fy及μ，ω，R，B等參數(shù)一定的情況下，ΔH越大，hmin就越小，ΔH越小，hmin就越大。 

    對于軸瓦和軸頸之間油膜過薄而引起軸瓦溫度高的問題，一般解決的方法是：增加軸瓦寬度B，調(diào)整各軸承負荷分配，或更換自位式軸承來適應(yīng)過大的轉(zhuǎn)軸撓度和軸端轉(zhuǎn)角。這些措施涉及到要改變軸承結(jié)構(gòu)型式或者有關(guān)軸承的安裝狀態(tài)，工作量大，費用多。而采用改變調(diào)節(jié)閥開度差的方法，可以減小調(diào)節(jié)閥開度差ΔH，其目的是減少軸承負載FB，繼而降低軸承總載荷F，適當增加油膜厚度并減小軸端轉(zhuǎn)角，降低軸瓦溫度。  

    由于理論計算存在誤差，油膜厚度也不易直接測量，因此，*的調(diào)節(jié)閥開度差ΔH，通過試驗來確定。  

    2、開度差與軸瓦溫度關(guān)系的試驗  
    為了確認是否能通過改變調(diào)節(jié)閥開度差降低華能汕頭電廠1號汽輪機1號軸承的溫度，我們在機組帶70％和100％額定負荷工況下，對3號、4號調(diào)節(jié)閥不同開度差與1號軸承瓦溫之間的關(guān)系進行了試驗（對1、2號調(diào)節(jié)閥均維持全開狀態(tài)，其開度差為0）。試驗數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。 

    根據(jù)1號軸瓦溫度與3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差之間的變化規(guī)律，對1號軸瓦溫度高的問題，采取 了減小調(diào)節(jié)閥開度差的辦法即調(diào)換3號、4號調(diào)節(jié)閥開啟順序，也即先開4號，后開3號的方法 。這樣，原來的ΔH3，4為正值，經(jīng)改變開啟次序后，ΔH3，4為負值 。為保證調(diào)節(jié)閥特性不受影響，把3號、4號調(diào)節(jié)閥的油動機等相關(guān)部件對換。  

    3、效果  

    按此方法改進后，1號軸瓦溫度由原來的92 ℃下降到65 ℃左右穩(wěn)定運行。軸承振動變化 不大，也沒有發(fā)生油膜振蕩的情況。同時，由于調(diào)換3號、4號調(diào)節(jié)閥開啟次序之后，ΔH3，4由原來的正值變?yōu)樨撝担溟_度差的值沒有改變（也即調(diào)節(jié)閥的開啟重疊度沒有增大），沒有帶來額外的節(jié)流損失。實踐證明，采用改變調(diào)節(jié)閥開度差及開啟順序的方法，使1號軸承溫度高的問題得到圓滿解決，花費少，見效快，取得了顯著的經(jīng)濟效益。  

    參考文獻  

    ［1］　喬孝純，牛錫傳，羋振南，機械設(shè)計［M］.西安：西安交通大學出版社，1986  

    ［2］　山東省電力學校.汽輪機設(shè)備及運行［M］.北京：電力工業(yè)出版社，1979  

    ［3］　朱龍根.簡明機械零件設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1997