作者：曠仲和（hé）
（華能電力開發公司廣東分公（gōng）司）
【關鍵詞（cí）】汽輪機；軸承負載；軸瓦溫度；調節閥開（kāi）度；開啟順序
【摘 要】華能汕頭電廠1號汽輪機在額定參數和額定負（fù）荷下1號軸承的軸瓦（wǎ）溫度過高。主要原因是該軸承承受過大的負載，部分油膜（mó）減薄，引起（qǐ）瓦溫升高。能否通過改變調節閥開度差解決軸承瓦溫度過高（gāo）問題?經試驗研究，證實了調節閥（fá）開度差與軸承溫度之間有關係（xì）。通過減（jiǎn）小調節閥開度差，可降低軸承載（zǎi）荷，從而適（shì）當增加油膜厚度，降低軸（zhóu）瓦溫度。在實踐中，采用了改變（biàn）3號、4號調節閥開度差即調換（huàn）3號、4號調節閥開啟順序（xù）的方法，使1號軸承溫度高的（de）問題得到（dào）圓滿（mǎn）解決，花費少，見效快。
華能（néng）汕頭電（diàn）廠1號汽（qì）輪機，容量300 MW，係俄羅斯產品（pǐn），型（xíng）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（lún）機共5個軸承，除（chú）2號軸承為推力-支持（chí）聯合球麵自位式滑動（dòng）軸承以外（wài），其它軸承均為固定式滑動軸承（chéng），所有軸瓦材料為錫基（jī）巴氏合金。在1996年底機組試（shì）運期間，發現該機組1號軸承後（hòu）部軸瓦溫度在額（é）定參數（shù）和額定負荷下為95～102 ℃。其它（tā）軸承瓦溫都在（zài）75℃以（yǐ）下。後經（jīng）過（guò）對1號軸瓦中間泄油槽封堵了四分之一（yī），增（zēng）加了軸瓦承載麵積，1號軸瓦溫度降到90～92 ℃，瓦溫依然過高。打開1號軸承檢查（chá），發現該軸瓦後部有明顯的磨擦痕跡。
導致該軸瓦溫度高的主要原（yuán）因，是由於廠家在設計中既沒有考慮在該處采用適當承載能力的自位式軸承，也沒有考慮到有關外部因素（sù）對軸承產生額（é）外作用力（lì）、軸端轉角變化等（děng）影響（xiǎng），導致該軸承承受過大的負載，引起瓦溫（wēn）升高。
筆（bǐ）者曾對汽輪機調節閥開度差（chà）與軸承（chéng）載荷與軸承溫度之間的關係進行了理論探討，得知對於帶反動（dòng）度的汽輪（lún）機，其（qí）調節閥（fá）開度差(含開啟順序)除了對汽輪機蒸汽熱力性能及節流狀（zhuàng）態有影響（xiǎng）外，還與軸承載荷、轉軸（zhóu）撓度、軸端轉角、軸承油膜厚度及軸（zhóu）承溫度之間有關（guān）係，並且（qiě）調節（jiē）閥開度差與由其引起的作用（yòng）在軸承上的附加（jiā）載荷成正比（bǐ）關係(由於篇幅所限，在此不作（zuò）贅述)。要解決因軸承設計不當等因素引起軸承溫度高及油膜振（zhèn）蕩（dàng）問（wèn）題，在一定範圍內，可以通過改變調節閥開度差來減小該軸承的負載或比壓及軸端轉角入手。
1、調節閥開度差與軸（zhóu）承油膜厚度及軸承溫度之（zhī）間關係
根據潤滑理論，對於動壓式滑動軸承，如果軸承負載過輕，軸承油膜過厚，油膜容易失穩而發生油膜振蕩；如果軸承負荷過重，油（yóu）膜容易破裂（liè）而產生軸瓦和軸頸局部幹磨擦而使（shǐ）軸瓦溫（wēn）度升高。為使軸承油膜不致過厚也不（bú）致過薄，即不（bú）發生油膜震蕩也（yě）不致軸瓦（wǎ）溫度過高，就必（bì）須找出油膜厚度與軸承負載等參數之間的關係。
圖1為徑（jìng）向軸承的幾何關係。由圖1，可求得軸承垂直（zhí）分力
圖1 徑向軸承的（de）幾（jǐ）何（hé）關係 F=μ×v×B×Fy/Ψ2 ， (1)
F--軸承（chéng）垂直分力，N；
μ--潤滑油粘度，MPa·s；
Ψ--軸承的（de）相對間隙（xì），Ψ=C/R，mm；
C--軸承的（de）半徑間隙（xì），C=R-r，mm；
R--軸（zhóu）承半（bàn）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；
ω--軸頸角速度，rad/s。
Z小油膜厚度為
hmin=C-e， (2)
hmin--Z小（xiǎo）油膜厚度，mm；
e--軸頸在（zài）軸承中心偏心距，mm。
把上述有關公式代入(1)式中，適當整（zhěng）改得
F--軸承載荷（hé），F=F0+FB，N；
F0--軸承（chéng）原有載荷，N；
FB－由調節閥開度差引起的載（zǎi）荷（hé），N。
由調節閥開度差與作用在軸承上附加載荷的正比關係，令FB=ΔH/a，其中ΔH為調（diào）節閥開度差，a為比例因子，則有F=F0+ΔH/a，並代入(3)式，得
(4)式（shì）揭示了軸承油膜厚度hmin與調節閥開度差ΔH之間的關係，在軸承的承載（zǎi）因數Fy及μ，ω，R，B等參數一定的情況下，ΔH越大，hmin就越小，ΔH越小，hmin就越大。
對於軸（zhóu）瓦和軸頸之間（jiān）油膜過（guò）薄而（ér）引起（qǐ）軸瓦溫度高的問題，一般解決的方法是：增加軸瓦寬度B，調整各軸承負荷分配，或更換自位式軸承來適應（yīng）過大（dà）的轉軸撓度和軸端（duān）轉角。這些措施涉及到要改變軸承結構型式或者有關（guān）軸承的安（ān）裝狀態，工作量（liàng）大，費用多。而采用改變（biàn）調節閥開度差的方（fāng）法，可以減小調（diào）節閥開（kāi）度差ΔH，其目的是減（jiǎn）少軸承負載（zǎi）FB，繼而降低軸承總載荷F，適當增加油膜厚度並減小（xiǎo）軸端（duān）轉角，降低軸瓦溫度（dù）。
由於理論計算存在誤差，油膜厚度也不易（yì）直接測量，因此，Z佳的調節閥開度差ΔH，Z好通過試驗來確定。
2、開度差與軸瓦溫度關係的試驗（yàn）
為了確認是否能通過改（gǎi）變調節閥開度（dù）差降低華能汕（shàn）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（gōng）況下，對3號（hào）、4號調節（jiē）閥不同開度（dù）差與1號軸承瓦溫之間的（de）關係（xì）進行了試驗(對1、2號調節閥均維（wéi）持（chí）全開狀態，其開度差為0)。試驗（yàn）數據分別如表1和表2所示。
表1 3號、4號調節閥（fá）開（kāi）度差與1號軸瓦溫度關係(帶70％額定負荷)
表2 3號、4號調節閥開度差與1號軸瓦溫度關係(帶100％額定負荷)
根（gēn）據表（biǎo）1表2試驗數據，可以繪製3號、4號調（diào）節閥開度差ΔH3，4與1號軸瓦溫度t1間的關係曲線，如圖2、圖3所示。
圖（tú）2 70％額定負荷（hé）下，ΔH3，4與（yǔ） t1關係試驗（yàn）曲（qǔ）線
圖（tú）3 100.0％額（é）定負荷下，ΔH3，4 與t1關係試驗曲線
從圖（tú）2、圖3中看出，1號軸瓦（wǎ）溫（wēn）度與3號、4號調節閥（fá）開度差幾（jǐ）乎成（chéng）線性關係（xì），也即ΔH3，4越大（dà），1號軸瓦溫度t1就越高，反之（zhī）亦然。
根據1號軸瓦溫（wēn）度與3號、4號調節閥開度差之間的變化規律，對1號軸瓦（wǎ）溫度高（gāo）的問題，采取了減小調節閥開度差的辦（bàn）法即調（diào）換3號、4號（hào）調節閥開啟順序（xù），也即先開4號（hào），後開3號的方法。這樣，原來的ΔH3，4為正值，經改變開啟次序後，ΔH3，4為負值（zhí） 。為保證調（diào）節閥特性不受影（yǐng）響，把3號、4號調節閥的油動機等相關部件對換。
3、效果
按（àn）此（cǐ）方法改進後，1號軸瓦溫度由原（yuán）來的92 ℃下降到65 ℃左右穩定運行。軸（zhóu）承振動變化不大，也沒有發生油膜振蕩的情（qíng）況。同時，由於調換3號、4號（hào）調節閥（fá）開啟次序之後，ΔH3，4由原來的正（zhèng）值變為負值，但其開度差的值沒有改變(也即調節閥的開啟重疊度沒有增大)，沒有帶來額（é）外的節流損失。實踐證明，采用改變調節閥開度差及開啟順序的方法（fǎ），使1號軸承溫度高的問題得到圓滿解決，花費（fèi）少（shǎo），見效快，取得了顯著的經（jīng）濟（jì）效益。
參考文獻：
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