余热发电机组轴承故障原因及解决探讨范文

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摘要：分析昌冶炼厂余热发电机组轴承损坏的原因，从技术改进和生产管控2个方面入手，解决轴承故障，保障余热发电机组连续稳定运行。

关键词：余热发电；汽水分离器；止推轴承；轴向推力

1余热发电机组概述

为实现蒸汽的梯度利用，金昌冶炼厂引进了1套德国KK&K公司制造的、型号为AFA4G5a的汽轮机组，配套德国NEWAGE-AVKSEG公司生产的发电机。机组利用奥斯麦特炉余热锅炉和转炉余热锅炉产出的4.00MPa中压饱和蒸汽进行发电，出口产出0.50MPa的低压蒸汽进入厂低压管网供用户使用。该机组属于齿轮箱传动式透平机，结构紧凑，有较高的传动效率；转子采用悬臂式支撑结构，仅需1个轴封。与传统的汽轮机与齿轮箱分离式结构相比，少了1个轴封，泄漏量约减少了50%。叶轮采用单排叶片，整体式结构，直接安装在主轴的一端，允许叶轮端自由热膨胀，这种结构设计可降低机组预热时间，节约机组预热所需的蒸汽消耗，提高蒸汽利用率，增加发电量。该机组采用3喷嘴设计，通过液压系统实现自动调节，可实现25%～100%的变负荷运行，可适应多变的蒸汽工艺条件。该机组于2005年投运，投运初期，除去计划性停车外，基本上都处于连续稳定运行状态，年发电量达到了800万kW•h，为金昌冶炼厂创造了可观的经济效益。但是从2009年开始，机组出现第一次轴承损坏，更换了1副进口轴承后，运行1a之后仍然损坏。

2011年，为了降低轴承的备件费用，与陕西鼓风机厂合作研发了新的轴承，将原有的可倾瓦轴承改为错位轴承，轴承工作面材料由铜合金改为巴士合金，止推面结构形式仍然延用进口轴承的固定楔型。轴承国产化后，损坏情况未见好转，尤其是在2012年，轴承损坏次数达到8次之多，更换轴承后最长运行时间仅3个月，最短运行时间仅几分钟就造成轴承损坏且轴承温度并未达到正常状态。故障主要表现为3个方面。（1）机组运行时，齿轮箱振动值瞬间变大，超出测量范围。该机组正常运行时，齿轮箱振动值仅为0.4mm/s左右，但机组出现故障时，振动值瞬间达到2.3mm/s（最大量程）以上，并发出异常声音。（2）轴承4（主止推轴承）温度过高跳车。该机组正常运行时轴承4的温度一般在（50～55）℃，报警温度为80℃，跳车温度为90℃。出现故障时，轴承温度瞬间达到90℃以上，造成机组轴承超温跳车，从温度报警到机组超温跳车时间仅需几秒钟，操作人员根本没有时间手动停车。（3）机组解体检查后发现：①止推轴承烧毁，止推盘接触面有明显被灼烧的痕迹，主、副推力盘的间距由原来的86.01mm增大到93.5mm，移位了7.49mm（图1）；②主轴上驱动主油泵的齿轮磨损严重；③机组出口管道冲刷痕迹明显（图3）。

2故障原因分析

根据故障跳车统计，机组每次故障跳车均是由于轴承4（主止推轴承）温度＞90℃造成的。经解体检查分析，造成温度超标跳车的原因主要是饱和蒸汽携带水或冷蒸汽进入汽轮机，而蒸汽中的水或冷蒸汽的密度比蒸汽密度大很多，因而在喷嘴内不能获得与蒸汽同样的加速度，出喷嘴时的绝对速度比蒸汽小很多，使其相对速度的进汽角远大于蒸汽相对速度进汽角，汽流不能按正确方向进入动叶通道，对动叶进口边的背弧进行冲击。这除了对动叶产生制动力外，还产生一个轴向力，增大汽轮机轴向推力。实际运行中，轴向推力甚至可增大到正常情况时的数倍以上，使主推力轴承超载而导致止推面烧毁，温度瞬间升高、跳车。

3处理措施

3.1设备检修措施

（1）在机组进口蒸汽工艺管线上增设1套汽水分离器装置，同时检查整条进口蒸汽管线，对破损的保温层进行修复，更换进气管线上损坏的疏水阀，防止带水的蒸汽进入机组，造成水击现象。

（2）将主轴送至专业机械制造厂家，对损坏的推力盘、磨损严重的主油泵驱动齿轮和传动齿轮进行测绘，重新制造加工，同时保证安装精度，确保推力盘工作面于转子轴线垂直，垂直度<0.005mm。将新的推力盘和主油泵驱动齿轮安装好后，再送到专业厂家进行转子整体动平衡试验。

（3）根据双向推力盘间隙确定止推间隙，更换新的轴承。

（4）该机组的轴瓦采用的是合金材质，曾多次发生烧瓦故障，有金属碎屑进入润滑油系统，因此，需对油箱进行全面清洗，并重新更换润滑油，防止金属碎屑进入润滑油管路系统而再次带入轴承。

3.2管理措施

（1）从蒸汽源头抓起，严格控制余热锅炉的汽包水位，避免汽包水位过高，造成蒸汽带水情况发生。做好蒸汽管道的巡检工作，出现保温层破损或疏水阀故障要及时修复和更换。

（2）加强岗位之间的沟通和联系，时时做好工艺调节，避免机组非机械故障性跳车。余热发电机组的进口蒸汽是由奥炉余热锅炉和转炉余热锅炉提供，受生产工艺影响，奥炉经常出现提枪现象，造成锅炉蒸发量瞬间急剧减少，温度降低，容易造成机组进口蒸汽温度<240℃而跳车。因此，奥炉余热锅炉岗位与余热发电岗位保持沟通，奥炉提枪或发生蒸发量急剧减少的情况下，要及时通知余热发电岗位，提前作好手动停车工作。另外，该机组为背压式结构，机组出口蒸汽压力应控制在（0.38～0.62）MPa，否则机组将自动跳车，因此，应根据出口蒸汽压力情况，及时调节机组进口旁通阀门和出口放空阀，将出口压力控制在0.45MPa左右。

（3）机组操作人员要严密监控机组轴承温度的变化和机组振动值，当轴承温度达到70℃或振动值突然增大时，应实施手动停车。待维修人员查明原因、排除故障后，方可再次开车。

作者:杨玉峰 单位:安徽铜陵有色金昌冶炼厂