现代大型高速旋转的汽轮机均采用滑动轴承,为了减少磨擦,都用透平油进行强迫润滑,透平油在轴颈和轴承表面的楔形间隙中形成一个油膜,这样高速旋转的轴就不至于和轴承表面进行直接接触和碰撞,而是通过油膜进行液体磨擦,如果油中混进了机械杂质,可能使液压调节和保护部套犯卡,而失去正常的调节和保护功能。
轴瓦同轴颈表面的承力间隙中的油膜是很薄的,一块是200微米左右,油中机械杂质颗粒最大尺寸大于油膜厚度时,油中杂质击穿油膜,液体磨擦被破坏,变成颗粒磨擦,磨擦的结果使轴颈和乌金表面遭到破坏。轴颈和乌金表面的光洁度也不是理想的,也有凹凸不平的粗糙部分,因此油膜厚度不是很均匀的,在高低水平部分油膜有薄有厚,凸出部分的油膜相应的减薄,因此尺寸小于油膜厚度的杂质也可能将这部分油膜击穿,产生颗粒磨擦,同样也可能造成轴颈和乌金表面的破坏。轴颈和乌金表面被破坏的程度与杂质颗粒大小和硬度有关。较大较硬颗粒造成的破坏会使轴颈和乌金表面拉毛,划成沟痕,甚至同车刀一样在轴颈或乌金表面车成圆环形的沟槽。即使细小的颗粒混进油中也要产生不良作用,比如油中的泥土或细小的金属颗粒在长期运行的摩擦和挤压中,这些杂质被碾压在轴颈和乌金的表面中,使该表面呈黑色,甚至使乌金部分表面变得又硬又脆,虽然有些机组运行时间不长,但从轴承上看却显得陈旧。
油中的机械杂质损坏轴颈和乌金表面的光滑是好理解的,但对于在轴承不断油的情况下,油中的机械杂质怎么使瓦温升高,甚至造成烧瓦事故的问题,还没有找到论述这方面的机理的文章,现作如下探讨:
1.1、乌金和轴颈表被硬颗粒拉毛出划痕以后,轴颈表面呈凹凸不平的形状, 凸出部分将像微小的叶片一样同轴一起旋转,这种旋转到排泄作用,使得排油量的增加大于进油量的增加,造成轴承间隙中油量的减少引起瓦温升高; 凸出和粗糙部分的旋转,又要使磨擦耗功增加,这种增加的耗功将变成热量使油温升高。
1.2、乌金表面被划伤以后,凹下部分会积存油流,不能正常流动形成涡流,虽然这种涡流很小,但它吸收磨擦产生的热量,使温度升高变成炽热的油流积存下来,这也会使局部瓦温升高。
1.3、磨擦使乌金温度升高以后,乌金也容易变软,因此也就越容易被划伤,如果划痕表面继续磨擦,会使该表面越来越粗糙,温度也越来越高,这种恶性循环的结果必须使瓦温持续升高。
1.4、透平油具有挥发性,这种挥发随压力降低和温度升高而增加,当压力降低和温度升高达到一定条件时,油的挥发将变成类似于水的汽蚀那样开始气化。油的气化正在引起人们的注意。矿物油在常温下含有6~12%的空气(而水只含有2%)由于矿物油含空气量比水大,因此油的气压力也比水高,所以油比水更容易气化,当压力降低和温升高同时存在就更加剧了油的挥发和气化。在机械杂质引起轴承磨擦的情况下,造成部分油膜的压力九低和温度升高也将同时存在,因为磨擦一方面使轴承间隙内缺油,油膜部分的全部的可能被破坏,造成该部分油膜压力降低;另一方面磨擦产生的热量也使油温升高。所以磨擦会造成轴承油膜个别部分油的挥发和气化,这种挥发或气化,首先在轴承间隙中温度高、压力低处以小汽泡的形式产生并集聚,因此它是局部的,点状的,随着压力的降低和温度的升高,集聚的气泡也会越来越多形成气塞区。如果压力和温度再继续降低和升高,气泡再继续增多那么必然使气塞区压力升高,气塞区压力升高以后,一方面阻止了油流的通过,使气塞区断油,形成干磨擦;另一方面气塞区压力升高以后,使得气塞区域面积同点状逐渐扩大,即使干摩擦部分扩大。干磨擦使气塞区温度急剧升高造成了磨擦损坏,轻者使被磨擦部分呈点状,颜色发蓝,且光亮坚硬;严重时将导致乌金部分或大面积熔化。
上面讨论了油质清洁和轴承表面光洁度对瓦温影响的道理。不管那种形式因素存在都会因机械杂质造成磨擦,引起瓦温升高。这一点还可以用实践中的例子证明。
在新机的试运中,特别是第一次起动,经常遇上轴承的油流正常,但轴承的温度很高。在起动升速中,中速以前轴承升速并不明显,2000转/分以上明显的呈现出随转速的上升,温度也升高的趋势,有的机组定温时瓦温超过100℃但振动不大,有时怀疑是温度测量不准,中心不对,轴承吃力不均等原因造成的;但停机检查,除了油脏和轴瓦有些拉毛以外,并未发现安装方面的问题。清理轴瓦、刮毛刺、重新开机瓦温又正常了,这说明瓦温升高是油脏造成的。油脏不仅在升速中引起瓦温升高,而且在降速中一旦轴瓦进了脏东西,产生磨擦,仍然会使瓦温升高,严重时还可以造成乌金溶化烧瓦事故。有一台300MW机组运行中#6瓦温度是正常的,但在因故停机惰走的过程中,发现#6瓦温度在1000转/分以下有升高,在560转/分瓦温92.6℃,在450转/分瓦96.6℃。即机检查轴瓦,发现油质很脏,油中的硬颗粒比前几次起动明显的增多,#4、#5、#6、#7瓦的轴颈均有严重磨擦、摩痕深达1㎜。相应轴瓦不仅严重磨损,而且也有乌金溶化烧瓦的问题。有的轴颈损伤严重不能继续使用。只好更换发电机转子,汽机中低压转子重加工轴颈,相应的轴瓦也重新浇铸,这次烧瓦事故损失是严重的,原因是残存于油系统中机械杂质没有清理干净,在停机惰走1000转/分以下时,杂质涌进了轴承造成了烧瓦事故。虽然这次事故发生在转速下降的时候,但仍有一个升温的过程,这说明轴承一旦被划痕以后再继续磨擦引起瓦温升高是很快的,往往来不及处理就会导致烧瓦事故,同时也说明油脏带来的后果是十分严重的,不仅威胁到机组升速运行,也威胁到停机惰走。
通过以上的教训和实践经验,可以得出以下注意事项:
3.1、升速过程中特别在2000转/分以后,如发现瓦温明显地随着转速的上升高,那么瓦温达100℃要立即停机。瓦温达103℃轴瓦部分可能被研磨,瓦温达106℃轴瓦大部分将被研磨。
3.2、停机过程中出要监视轴瓦温度情况,如降速中发现瓦温确有升高的现象,要检查轴瓦。
3.3、在轴瓦温度急剧变化的过程中,温度表只能反映温度变化的趋势,不能准确的反映出当时温度的实际值。
3.4、在分析烧瓦事故中,不能中从油泵的开停问题上下结论,也要考虑油质状况,油泵的气蚀问题以及轴承进油管是否涡有空气等因素。这些因素都相继造成过烧瓦事故。
(来源:北极星火电人)