汽轮机轴系轴瓦温度高分析

2013年4月（上）

［摘要］汽轮机组在运行中，汽轮机轴在轴瓦中高速旋转，引起汽轮机轴与轴瓦温度上升，轴瓦温度上升，威胁了轴承使用安全，因此要保

持轴瓦温度在允许值范围内。笔者对引起汽轮机轴瓦温度高的因素进行分析，希望其能够有助于解决实际生产问题，并方便于实践操作。［关键词］汽轮机；轴瓦；温度汽轮机轴系轴瓦温度高分析

吴春雷

（广西来宾希诺基发电运营维护有限责任公司，广西来宾546138）

汽轮机组在运行中，轴瓦温度过高，威胁轴承的安全，保持轴瓦温度在正常范围内，是汽轮机安全正常工作的一个重要的方面。当轴瓦温度不正常升高，导致汽轮机正常运行出现问题。因此对汽轮机轴系轴瓦温度高分析，能及时地排除故障。引起轴瓦温度升高的原因有以下几方面：

1润滑油系统导致的轴瓦温度高

汽轮机轴瓦在运行时，轴瓦与轴颈的摩擦状态可以有三种理想状态：

1.1干摩擦

两金属表面直接接触，使轴瓦功耗上升，轴瓦与轴颈磨损加剧，轴瓦温度上升，直至烧毁轴瓦，所以不允许出现干摩擦现象。

1.2边界摩擦

运动副表面存在一层厚度小于1μm 的薄油膜层，但是由于油膜过薄，不足以将两金属表面完全分开，金属微表面的凸起部分会相互摩擦，比干摩擦磨损小，摩擦系数一般在0.1~0.3。

1.3液体摩擦

有一层润滑油的压力油膜将两金属面分开，两金属表面不直接接触，摩擦磨损相对最小，摩擦系数一般在0.001~0.1。一般设备的经常摩擦的表面摩擦状况是介于边界摩擦和液体摩擦的混合摩擦状态，在摩擦特性曲线示意图（如图1所示）中，纵轴为摩擦系数f ，横轴为无量纲参数ηn/p （其表征轴承特性数，其中η———动力粘度，p ———压强，n ——

—每秒转数）。图１轴承摩擦特性曲线

在轴瓦的润滑油系统中，润滑油的作用是润滑和散热，汽轮机运行时，润滑油在轴与轴瓦之间形成了一层油膜，使轴与轴瓦之间的摩擦处于混合摩擦，甚至液体摩擦。从图1可看出，混合摩擦和液体摩擦摩擦系数远小于干摩擦的，这样大大减少轴瓦的摩擦产热量，并且润滑油系统循环带走部分摩擦热量，轴瓦系统保持动态热平衡。如果润滑油系统运行出现问题，将会直接导致轴瓦温度上升。

由于润滑油是依据不同工作条件、不同机组特点配置的，因此，不同牌号的润滑油，粘度、油膜厚度、摩擦系数等都会有区别。汽轮机机组生产厂家一般都会对本机组的润滑油作规定。对于运行机组，必须使用相同的润滑油，不同的润滑油不得混合使用，否则会导致润滑油粘度等指标变化，影响润滑效果。此外，润滑油要定期检查油质，比如：有的汽轮机组，长期没有对油质化验，油质长时间在偏高温下运行，油质劣化，润滑及散热效能下降，轴瓦温度升高；在泵油过程中，润滑油泡沫太多，润滑油可能被氧化，产生油泥或油质沉淀物，使润滑油变粘稠；当汽轮机漏气进入润滑油系统，水分使润滑油乳化，加速润滑油的氧化，增加润滑油酸性和腐蚀性；此外润滑油系统内进入灰尘，杂质，

使润滑油变质劣化，润滑效果改变，加剧轴瓦磨损，使轴瓦温度上升。因此润滑油使用一定时间，必须检查化验，采集其粘度、抗乳化性、含水分、杂质、酸碱度等等润滑油参数，检查是否满足规定参数范围，防止轴瓦温度过高。

当发现润滑油不合格，更换新润滑油，需对轴瓦、润滑油系统仔细清洁，保持轴瓦表面的光洁，然后注入新油。更换润滑油必须严格操作，不能以旧代新，不能新油直接注入旧油中，这样会加速油质劣化。另外，运行人员要注意润滑油量，防止漏油渗油，保证润滑油系统正常循环量。

2轴瓦负荷变化引起轴瓦温度上升

汽轮机在运行时，轴瓦的负荷与轴瓦的功耗成正比例关系，轴瓦的功耗与轴瓦的产热也成正比例关系。因此，轴瓦负荷增大，轴瓦的产热量也会增加，轴瓦的温度也会升高。

以径向滑动轴承为例（如图2所示）：

图２

滑动轴承示意图

已知轴承径向的负荷与轴承的p ν值有正相关关系。其中p ν值有如下关系式：

p ν=P dB ·πdn 60×1000≤（p ν）p

式中：P ———轴承径向载荷，N

d 、B ———

轴颈的直径和轴瓦的工作宽度，mm n ———轴颈转速，r/min （p ν）p ———许用值，MPa ·m/s p ν———压强与圆周速度的乘积

由公式可得，当轴承径向载荷P ，和轴颈转速n 发生变化时，直接影响p ν值，将会导致轴瓦负荷、轴瓦功耗变化，进而影响轴瓦温度变化。比如：转速n 不改变，轴承径向载荷P 增大，会使p ν值增大，进而导致轴瓦功耗增加，轴瓦温度也会就此提高；轴承径向载荷P 保持不变，汽轮机轴转速n 提高，也会引起轴瓦功耗增加，轴瓦温度上升。

影响轴瓦负荷变化因素很多。在运行中，当汽轮机负荷增加、轴转速提高、轴承载荷增加时，都会导致轴瓦功耗、负荷上升，轴瓦温度上升，因此要合理分配汽轮机负荷，在工作范围内进行调节，避免出现超负荷情况。在轴颈转速不变，汽轮机主轴振动时，也会是轴承径向载荷局部增大，对轴瓦产生冲击，增大轴瓦功耗，使轴瓦温度上升。另外，汽轮机进气调节阀操作时，调节阀开度差与由其引起的作用在轴承上的附加载荷成正比关系，会使轴瓦的负荷增加，导致轴瓦温度升高。此外，汽轮机的轴过长，或者刚性不足，在轴扭转过程，会产生较大扭振，增加了轴瓦附加功耗，也是轴瓦温度提高的一个因素。

3冷却系统引起的轴瓦温度高

机组运行时，轴瓦散热依靠润滑油循环，润滑系统散热能力弱，因此需要冷却系统。冷却系统将轴瓦来的热油，通过冷却器变为冷油，再供给轴瓦，冷却、润滑油系统构成了一个系统，使轴承、润滑油保持动

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TECHNOLOGY WIND

态热平衡。对轴瓦供油温度有明确规定，一般轴承进口油温保持在35~45℃，对于大机组，考虑其油膜的工作稳定性，要求轴承进油温度一般维持在40~45℃。

如果机组运行时，润滑油冷却系统出现故障，冷却量减少，或者冷却系统停止工作，轴瓦热量不能带走，就会使轴瓦温度上升。一般润滑油冷却系统，易发生：冷却水阀门损坏、阀门的阀塞落袋、冷却系统过滤器杂质阻塞、冷却系统内杂物堵塞管道（

尤其是冷却器换热管部分，冷却器中有许多紫铜管，当部分被堵塞，就会使冷却水量减少，直接影响换热效果）。因此要注意冷却系统流量变化，要及时排查故障，防止轴瓦的温度过高。

4其他原因影响轴瓦温度高

机组运行时，轴瓦损坏，将影响轴瓦支撑平衡，引起机组强烈振动，轴承钨金温度及回油温度急剧升高，甚至轴承冒烟。若钨金已脱落或者融化后，将使大轴与轴承之间发生动静摩擦，会使轴瓦温度急剧升高。若推力轴承损坏，将使转子发生较大轴向位移，造成轴向动静间隙消失，发生动静摩擦，轴瓦温度上升。若支持轴承损坏，将使径向动静间隙减少，发生动静摩擦，导致轴瓦温度明显升高。另外轴瓦顶部间隙、两侧间隙、轴瓦乌金接触不良都会造成轴瓦温度高。因此汽轮机转动部分的轴与轴瓦的温度，是汽轮机运行的重要参数。

5总结

在此引入某案例进行总结分析：某电厂汽轮机机组为300MW ，两排汽两缸式，高低压转子之间是刚性联轴器连接（如图3机组轴系简图）。

图３机组轴系简图

如上图所示，本机组有6个支撑轴承，1~4号为汽机侧，5、6号发电机侧，其中1、2号轴承是倾瓦式轴承，3、4号轴承为椭圆轴承。

在机组运行时，机组升速过程，轴瓦温度上升快，在暖机冲转时，

轴瓦温度明显高，定速后，尤其2号轴瓦侧温度达到100℃，并网带负荷后，又有所攀升，调节冷却后，2号轴瓦温度稳定在100℃左右。在停机维修检查时，发现轴瓦表面有明显的划痕，2号轴瓦表现严重，轴颈也有部分磨损。

分析轴瓦温度高的原因，认为：主要是，在机组负荷增加时，轴瓦温度变化过大，轴瓦负荷分配不均有很大因素。对于支撑轴瓦而言，当轴瓦负荷过轻，轴承油膜厚，油膜易震荡：当轴瓦负荷过大，油膜易破裂，易导致轴瓦与轴颈之间干摩擦。鉴于轴瓦、轴颈磨损不是很严重，应当是轴瓦负荷小范围的不均衡，2号轴瓦处需要仔细检查。其次是，由于蒸汽温度高。汽缸受热膨胀，高低压气缸之间汽缸中心距偏离理想值，使主轴发生细微变形。最后轴承润滑油量及质量也可能影响轴瓦温度高，需检查油质，并适当的增加油量。

综合以上分析进行处理，在没有进行大修对调节机组负荷分配的条件下，通过调节各个轴瓦高度，平衡各个轴瓦对轴颈支撑状态，对各个轴瓦负载调节，并适当的调节润滑油量。处理后，各个轴瓦温度恢复正常。但是建议大修时，最好对机组负荷分配进行调节，根本解决问题。案例中，通过及时维修，弥补了缺陷，缓解了问题严重发展，减少了以后解决的增加成本。因此，检测、预防问题很关键，遏制问题的严重化发展是机组运行必须做的事情。汽轮机带负荷运行是作为生产的一个重要环节，轴瓦温度是汽轮机运行的重要参数，在运行中，要严格按规程操作，及时检查，监视和调整轴瓦温度，保证汽轮机机组设备安全经济运行。

另外，产生轴瓦温度高的因素一般不是孤立的，在实际工作中，分清引起问题的表面和本质，从而有目的地着手处理。比如案例中，发生问题的是轴瓦、轴颈磨损，只是表面问题。轴瓦负荷分配存在不均衡，是引起的轴瓦温度升高的本质问题。因此实际工作中要实事求是，深究问题。

［参考文献］

[1]王志伟.汽轮机运行.中国电力出版社,2007.

[2]成大先.机械设计手册.化学工业出版社,2004.

[3]李亮.汽轮机轴瓦温度高的分析处理.内蒙古电力工程技术研究院,2005.

（上接第34页）度探头。

3.3流量试验

阻火器内装有致密的阻火芯它会对通过的气流产生一定的压降。阻火器的压降大小和它的结构及气体流量有关。因此有必要测试阻火器阻火性能的同时，也要进行流量的测试。目前，国内进行流量—压力损失方法仅对样品阻火器进行一定流量下的静压测试。由于国内标准里没有合格判定的依据，因此此项试验没有实现检测的意义。另外，阻火器进行了阻火试验后，其结构空间可能发生变化，该阻火单元的介质流通能力变化情况同样需要测试。目前国外的标准中规定阻火试验前后流量—压力损失变化不能超过20%，我国也应有自己的合格判定依据。

4结论

对于阻火器的研究我国已经有了一定的基础，包括一些理论研究和试验性的研究，在阻火器性能测试方面取得了一些很好地研究成果。但是，针对阻火器型式试验工作还有很多工作要做，例如，相对于国外标准而然，国内标准技术滞后，更新的周期长，体系不完善不配套，甚至有的还自相矛盾。对比国内标准与国外标准，在阻火器性能要求、测试方法、使用限制等方面都有很大的不同，总体表现为国内标准对于阻火器检测试验项目和手段尚不完善，主要说明如下：

1）在ISO16852中，明确了阻火器的分类以及不同分类对应的检测项目要求和方法，这一点国内标准中没有明确提出，仅对静态阻火器的检测方法做了一些说明。2）在阻火性能测试中，国外标准对阻火器必须要进行的阻火性能测试要求详细，静态阻火器包括：阻爆燃测试、

阻爆轰测试、短时燃烧测试、耐烧测试等检测项目，而且对于每一项检测的装置和方法都有明确的要求；国内阻火性能测试仅对阻火器的阻爆性和耐烧性做了测试要求，而且试验手段也不完善。3）另外在流量测试方面国内外在测试方法和要求上也存在不同。结合以上这些特点，对阻火器型式试验的试验项目及测试方法开展了相关的研究，并结合现场试验对阻爆试验、耐烧试验、流量试验手段进行了分析讨论，将提高我国在这一领域的检测水平，推动国内阻火器性能完整检测技术的完善。

作者简介：刘刚，1980年出生，男，工程师，博士，主要从事特种设备型式试验设备研究工作。

［参考文献］

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