遼寧清河發(fā)電有限責任公司采用西屋技術對5號汽輪機(K-200-130-3型)低壓通流部分進行了改造。改造內容是：更換低壓缸的轉子、隔板、軸承及缸內的支撐部件等。改造投運后，低壓缸效率提高了5%，機組運行的總體效果良好。但4號軸承(低壓缸前軸承)、5號軸承(低壓缸后軸承)的工作溫度較高，治理前軸承具體參數見表1。

    表1 治理前4，5號軸承與油器供油溫度關系

    從表1不難看出軸承溫度隨冷油器供油溫度升高而升高。西屋公司的技術要求中指出，瓦溫≥95℃報警，當瓦溫≥102℃時機組跳閘。為了不使機組跳閘，采取了限制冷油器出口溫度的辦法以維持機組運行。然而規(guī)程規(guī)定冷油器出口溫度應控制在38～45℃，若出口溫度過低，易引起軸系的油膜振蕩。該措施不能確保機組的長期可靠運行，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4，5號軸承下軸瓦及其軸頸表面均磨損較重，尤其是5號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”現象。同時軸頸已形成無數周向溝痕，溝痕深淺在2～50μm。

    1 軸承溫度高原因

    1.1 轉子重量的影響

    原轉子靜負荷情況下，兩軸承的比壓是1.43MPa。由于新轉子比原轉子重7.6t，但其與原轉子的軸頸及軸瓦寬度尺寸一致，這樣新轉子使軸承單位面積上的計算靜負荷增加了0.3MPa。軸承的比壓增加了，導致液體摩擦熱增加。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

    西屋標準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，而實際運行頂軸油泵的出口壓力最大只8 MPa，原因是美國產的頂軸油泵電機頻率為60 Hz，用我國頻率為50 Hz的電力，自然其出口壓力就達不到銘牌出力，在此情況下做頂軸試驗，僅僅能將5號軸承軸頸頂起3μm。然而當盤車投入后，泵出口壓力降為7.2 MPa，可以推測盤車狀態(tài)下，5號軸承軸頸頂起值<3μm，這時投入盤車，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，在壓應力下產生擠壓變形。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)域烏金表面粗糙度增加，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

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

    根據這一結論，改造后把在啟機過程中停止頂軸油泵運行和在停機過程中啟動頂軸油泵運行的時機定在主軸轉速500 r/min時是不合適的。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，導致軸承處于混合摩擦狀態(tài)，從而使軸承溫度升高。這是導致軸承溫度升高的另一主要原因。

    2 治理對策

    2.1 軸承處理

    (1) 降低烏金的真實比壓

    為降低真實比壓，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) 使軸瓦間隙符合標準要求

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

    (3) 處理頂軸油池直角邊緣

    將加工頂軸油池時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) 適當開大來油節(jié)流孔

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

    2.2　 改變頂軸油泵的運行方式

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

    (2) 把主軸轉速1 000 r/min定為啟機過程停止頂軸油泵運行和停機過程啟動頂軸油泵運行的時機。這一轉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，這一轉速理論上應該是液體摩擦狀態(tài)，此時啟停頂軸油泵就應該不會發(fā)生混合摩擦現象。

    3　 治理后效果

    在冷油器供油溫度38℃時，5號軸承瓦溫是82℃，這一溫度比報警溫度低13℃，比打閘停機溫度低20℃，這樣的溫度可確保機組長期安全運行。治理后軸承溫度參數見表2。

    表2 治理后4，5號軸承與冷油器供油溫度關系