内蒙古京泰发电有限责任公司1号、2号汽轮机为上海电气电站设备有限公司汽轮机厂生产的NZK300－16.67/538/538型，亚临界、单轴、双缸双排汽、一次中间再热、反动式、直接空冷凝汽式机组，整个轴系由高中压转子、低压转子、发电机转子、励磁机转子、前箱小轴以及7个轴承组成，汽轮机润滑油系统如图 1所示。5号、6号轴承为圆筒瓦结构，其余轴承均为可倾瓦结构，3号—6号轴承设有顶轴油管，1号、2号、7号轴承无顶轴油管。

图 1

Fig. 1

图 1 汽轮机润滑油系统图

1 号汽轮机组于2014-02-07 并网运行，2014-02-13，机组负荷165 MW，润滑油温基本维持在约40.1 ℃；12：41发现4号轴承左侧下瓦块温度从78 ℃开始升高，至13：13升至105 ℃。其间，右侧下瓦块温度无明显升高现象，且润滑油回油温度和轴承振动无明显变化。就地观察4号轴承左侧下瓦顶轴油压表显示值为0 MPa，右侧下瓦顶轴油压表显示值为4.5 MPa。由于该瓦温度未达到报警值，为进一步确定异常原因，决定继续观察运行。

2014-02-21，4号轴承温度呈缓慢上升趋势，至07：33，达到113 ℃，随即打闸停机（制造厂规定轴承温度报警值为109 ℃，手动打闸值为113 ℃）。汽轮机转子惰走过程中，4号轴承温度呈逐渐下降趋势，没有出现瓦温突升现象。当转速降至0 r/min时，盘车启动并运行正常。机组4号轴承部分运行参数记录见表 1，2014-02-13轴承温度趋势见图 2。

表 1 (Table 1)

表 1 4号轴承部分运行参数记录

表 1 4号轴承部分运行参数记录

图 2

Fig. 2

图 2 2014-02-13 4号轴承温度趋势曲线

1号机组4号轴承为可倾瓦块式密切尔支持轴承，主要由支架、轴承壳体、油封环和4块浇有巴氏合金的钢制瓦块组成。轴承下半部分的2块瓦内装有热电偶，用以测量瓦块合金的温度，热电偶引线经油封体下部的2个螺孔引出。

轴承润滑油由轴承底部的1个通道进入，经过轴承底部中心孔进入轴承外壳的下半部，沿轴向流向轴承外壳环形空间两端，再经6个孔口进入轴承瓦块，并从轴颈两端排出（其中2个孔口位于轴承垂直中心线的顶部，2个孔口位于水平线上）。轴承两侧均装有油封环，防止润滑油大量泄漏，同时为了保证油封环可靠工作，油封环上设有1个油槽和排油口，使被阻挡的油很快排出。瓦块工作时可随着转速、载荷及油温的变化而自由摆动，在轴颈四周形成多油楔，保持运行中有较高的稳定性^{[1, 2, 3]}。

综合分析故障现象与参数记录数据，认为4号轴承温升故障的原因可能有：

（1） 轴承左侧瓦块温度测点损坏，显示轴承温度高是虚假信号。

（2） 左侧瓦块自位性差，引起轴承单边承力较大，造成轴承温度升高^[4]。

（3） 瓦块的温度测点由瓦块背面打孔插入到瓦块内部，通过弹簧力顶在乌金面上来测量瓦块金属温度。乌金面厚度仅有2~3 mm，机组长时间运行后温度测点与轴承乌金接触处磨损逐渐变薄，温度测点在弹簧力作用下，造成轴承乌金面开裂，导致轴承温度升高。

（4） 轴承左侧瓦块的顶轴油管压力为0 MPa，说明顶轴油管可能存在泄漏。

（5） 轴承左侧瓦块乌金局部脱落，杂质堵塞顶轴油孔，造成润滑油膜刚性下降，载荷不均，导致该瓦块温度升高。

（6） 润滑油中杂质颗粒进入轴承，造成左侧瓦块乌金碾压划伤，导致瓦温升高。

2014-03-02，停盘车、润滑油和顶轴油系统后，对4号轴承进行了解体检查，发现以下问题：

（1） 打开轴承箱盖后，发现4号轴承左侧下瓦 顶轴油管断裂，位置见图 3。

图 3

Fig. 3

图 3 4号轴承左侧下瓦顶轴油管断裂

（2） 检查4号轴承左侧下瓦乌金磨损情况时，发现瓦块备用温度测点部位的乌金开裂，温度测点安装部位的乌金面凹陷较深，瓦块乌金面有轻微磨损痕迹，双菱形顶轴油囊部位的乌金有轻微碾压现象，具体磨损情况见图 4所示。

图 4

Fig. 4

图 4 4号轴承左侧下瓦乌金磨损情况

该顶轴油管生产厂家原设计为胀管结构，后于2012年2月将其改造为锁母连接结构。改造时，顶轴油管与轴承的连接管段（材质为碳钢）在没有切除螺纹部分的情况下，直接与锁母连接管段进行焊接。机组运行中，顶轴油管在高频振动的作用下，在螺纹根部产生较大的冲击应力，随着机组运行时间的增长，螺纹部位强度逐渐降低并沿着螺纹方向产生疲劳裂纹，最终发生脆性断裂。4号轴承左侧下瓦顶轴油管断裂情况见图 5。

图 5

Fig. 5

图 5 顶轴油管沿螺纹部位断裂情况

该轴承为可倾瓦结构，轴承的负载较大，机组运行中轴承会有局部的微小摆动。当左侧下瓦顶轴油管断裂后，大量润滑油从可倾瓦块底部的顶轴油孔泄漏，油膜刚性下降，导致轴颈与轴承发生局部摩擦，造成运行中瓦温升高^{[5, 6]}。

由于4号瓦金属温测点部位的乌金面较薄（实测厚度仅为1.6 mm），当此点乌金温度较高时，在润滑油膜压力的作用下，该部位会承受较大的挤压力，造成温度测点部位乌金出现较深凹陷或开裂的现象^[7]。

针对4号轴承顶轴油管断裂问题，现场采取了以下措施：

（1） 重新加工制作了顶轴油管，将顶轴油管与轴承连接的管段更换为不锈钢管。焊接过程中，采取充氩气保护，焊接后着色检查焊口情况，保证了焊接质量。4号轴承左侧下瓦顶轴油管处理前、后对比见图 6。

图 6

Fig. 6

图 6 4号轴承左侧下瓦顶轴油管处理前、后对比

（2） 用15~74 μm砂纸对轴颈进行打磨，保证接触面光滑。

（3） 补焊瓦块温度测点部位，着色检查乌金无裂纹、气孔、夹渣等缺陷，然后修刮研磨瓦块乌金面，保证瓦块与轴颈的接触面积。4号轴承左侧下瓦处理后的情况见图 7。

图 7

Fig. 7

图 7 处理后的4号轴承左侧下瓦

（4） 回装时调整轴承间隙、紧力在合格范围。

2014-03-03，1号机组重新启动并网，4号轴承左侧下瓦顶轴油压显示值为4.5 MPa，右侧下瓦顶轴油压表显示值为4.5 MPa，4号轴承温度恢复正常，具体参数见表 2。

表 2 (Table 2)

表 2 检修后4号轴承运行参数记录

表 2 检修后4号轴承运行参数记录

（1） 定期对轴承箱内的顶轴油等隐蔽管道进行全面检查，利用机组检修机会更换不合格的油管道。

（2） 机组大、小修期间，检查温度测点部位乌金面的厚度，当厚度＜2 mm时要及时焊补，保证乌金面厚度符合要求^{[1, 3]}。

（3） 油系统所有的焊接工作，均应严格遵守焊接工艺规程。

（4） 加强润滑油油质监督检验工作，定期净化油质^[8]。

轴承是汽轮机组的重要部件，轴承金属温度过高不仅会造成自身部件损坏，甚至会引发转子损伤等严重事故^[9]。通过分析1号机组4号轴承温度高故障现象，确定故障原因后经现场处理，内蒙古京泰发电有限责任公司成功解决了机组轴承温度异常升高的问题，保障了汽轮机组的安全稳定运行。