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汽轮发电机组轴颈与轴承损伤事故分析

发布时间:2019-12-28
张宝
(浙江电科院)
  1 设备简介
  某国产600MW汽轮发电机组在基建调试阶段先后发生了两次汽轮机大面积轴颈与轴承损伤,造成了较大损失。该机组是由上海汽轮机秒速时时彩与上海汽轮发电机秒速时时彩制造的,汽轮机与发电机型号分别为N600-16.7/538/538和QFSN-600-2-22A。汽轮机汽缸由高压缸、中压缸和两只低压缸组成,前轴承座和中轴承座为落地式;汽轮机高、中、低压转子由刚性联轴器联接并支撑在8只径向轴承上,其中#1~#4轴承为可倾瓦结构,#5轴承为三瓦块可倾瓦轴承(上半为圆筒形,下半为两块可倾瓦),#6~#8轴承为上下半圆筒轴承,发电机调端、电端轴承(#9、#10)为三瓦块可倾瓦轴承,励磁机轴承(#11)为四瓦块轴承。汽轮机润滑油系统主要设备包括:润滑油主油箱、主油泵、交流润滑油泵、直流事故润滑油泵、冷油器、顶轴油泵、排油烟风机和盘车装置等设备。
  2 故障过程
  第一次事故过程与处理情况如下。
  某日17时02分左右,该汽轮发电机组进行第二次冲转时的磨擦检查,磨擦检查转速为600r/min,冲转前检查各项参数和设备均正常,主机润滑油温度为35℃;17时10分CRT显示#7轴承#1金属测点(调阀端)温度达105℃,此时主机转速为402r/min,然后此点温度回落;17时17分主机转速176r/min,#6轴承#2金属测点(电机端)温度也异常上升到113℃;随着转速的下降,#6轴承#2金属测点温度有短暂的下降过程,在转速为138r/min时,温度为92℃,然后随着转速的继续下降,此温度点又开始上升;17时21分#6轴承#2金属测点温度最高达到139℃,此时转速为38r/min,随后,主机转速很快到零,投主机盘车后该点温度慢慢回落;稳定后,以上两个金属测点温度均比其它各轴承高4℃左右。图1表示出了上述温度的变化过程。在整个过程中,除以上两个温度测点外,主机其它各监视参数均未见明显异常。事故过程中,人工上调了#6、#7轴处的顶轴油压。在盘车刚投用的时候,各轴的顶轴油压力均有下降,顶轴油母管压力由冲转前的13MPa降至9MPa,立即调整顶轴油母管压力至15MPa。
图1 #6、#7轴承的温度变化曲线
  机组停运后,在轴承检查工作开始之前,进行了大轴顶起高度的重新测量,测量时人为改变顶轴油母管压力,各顶起高度的变化测量结果如表1所示。
表1 汽轮机组顶轴油压力与轴颈顶起高度
  由表1可知,顶轴油母管压力为9MPa时,#6、#8轴已经无法正常顶起,考虑到事故时顶轴油母管压力已经跌至9MPa,因此,事故发生时这两处极为可能没有被正常顶起。
  对主油箱及冷油器进行检查。检查对安放在主油箱内的润滑油回油滤网(300目)的检查结果表明,该滤网内部金属滤布的迎流方向下部被严重扯裂,总面积约占滤布总面积的1/7左右,扯破的滤布大量积聚在完好滤布与滤网外部支架(孔径约0.5cm×0.5cm)的夹层中,并产生大量的纤细金属丝,在滤网的底部,存在有不明脏物。对厂家提供的滤网Ocr18Ni9材质进行化学成份分析,结果表明所使用的滤网成分中C、Cr、Ni、Mn元素不符合规定要求。
  主油箱清理时,发现了不少纤细金属丝,并有黑泥状与颗粒状物质,放置在润滑油系统中的磁力棒上面吸附了大量的金属异物。对冷油器进行检查时发现不少破损滤网碎片、电焊渣和一些氧化皮。
  对各轴承进行检查。考虑到#6轴承温度上升最高,检查首先从#6轴承开始,该轴承的检查结果是:上轴承有轻微擦伤;#6轴颈严重刮伤,较大伤痕达17条之多,最大伤痕宽约为2mm,深约为1mm,伤痕呈圆周状、从中间到两侧依次渐密的分布在#6轴颈处,局部情况如图2所示;下轴承电机端顶轴油囊基本被磨平,电机轴承表面乌金磨损严重,而汽端轴承乌金表面有严重拉毛现象,在拉毛处附着大量纤细金属丝,如图3所示。
图2 #6轴颈刮伤情况
图3 #6轴承磨损的情况
  经检查发现,该汽轮发电机组#7轴、#8轴检查的结果与#6轴基本一致,只是轴颈与轴承的刮伤情况不及#6瓦严重,其它几处轴颈与轴承均有不同程度的损伤。
  从以上检查的结果来看,该起事故应该是润滑油油质恶化所引起的。大的硬质颗粒进入了润滑油系统,造成轴颈的刮伤;润滑油回油滤布被冲破而形成的纤细金属丝,使下轴承失去原有的自位能力造成,并加剧了轴颈与轴承之间磨擦,这些磨擦造成顶轴油口失去其应有的功能。
  事故后的处理工作主要从以下几个方面进行:(1)将破损的润滑油回油滤网中的滤布更换为质量合格滤布,并在滤桶侧面与底面的接合部位安装相应压条,以确保该滤网不会再次冲破;(2)对所有的轴承进行彻底检查,对刮伤情况比较严重的#6、#7、#8轴颈进行电刷渡处理,而对于其它几个刮伤情况较轻的轴颈进行一般打磨处理。将拉伤比较严重的#6、#7、#8轴的下轴承返厂重新浇涛乌金,并进行修刮;对其它拉伤程度较轻的轴承进行打磨处理;(3)确认各轴承下球面光洁度良好;用红丹进行检查,确认轴承球面与其洼窝的接触面满足相关规定的要求;确认各轴承球面的洼窝球面弧度良好,以确保轴承的自位能力不受影响;(4)重新进行润滑油系统油冲洗(5)更换新的顶轴油系统溢流阀,并对拆下的溢流阀进行返厂校核,校核结果表明,三个溢流阀均不能正确动作。在顶轴油系统监控界面中增设顶轴油母管压力的远传测点,加强对该系统的监视。
  经过以上处理后,该机组顺利进行冲转、磨擦检查、并网和升负荷,最高负荷到450MW,在此期间,主机轴承温度和各轴振动均在正常范围以内,直到第二次事故的发生。
  第二次事故过程情况如下。
  某日,该汽轮机组在各主要监测数据均正常的情况下打闸,进行破坏真空惰走试验,破坏真空前主机真空为-93.32kPa/-92.32kPa,在汽轮机转速220r/min时,主机真空到零,在此期间,振动和轴承温度无异常变化。在汽轮机转速下降到200r/min时,#7轴承#2温度测点(电机端)显示该处温度上升趋势加快,此时顶轴油母管压力13.5MPa,#7轴承处顶轴油压力为5MPa,随后启动第五台顶轴油泵,就地调高#7轴承顶轴油压力,在此过程中#7轴承#2测点温度继续爬升,转速降到35r/min时该处温度到达最高值121℃,随后逐渐下降至正常值,盘车状态下,该处温度无异常,汽轮机机偏心与盘车电流正常。
  汽轮机盘车停运后,对#7轴承进行检查。检查结果大致如下:#7轴颈被重新刮伤,该处下轴承单侧(电机侧)磨损严重,但顶轴油口没有被破坏,在乌金表面存在一个特别明显的硬物压痕,轴承下球面有许多划痕,并且附着有碾平了金属薄皮。随即对#6轴与#8轴进行检查:#6轴颈上增加了新的刮痕,#6轴承基本完好;#8轴颈与轴承基本完好。
  3 故障分析
  第二故障发生后,再次检查发现主机润滑油回油滤网完好,油样化验结果为合格。从#7轴承检查情况来看,基本判定#7轴承出现单侧磨损。在事故过程中,除#7轴承顶轴油压力下降约3MPa外,其它各轴承顶轴油压力与顶轴油系统母管压力与冲转前相比并没有明显变化。除了油质原因外,导致这次事故的另一主要原因应该是轴承的自位能力不足。正是因为#7轴承的自位能力不足,该轴承在汽轮机转速下降的过程中向发电机侧单边倾斜后无法复位,从而造成该处汽轮机轴颈与轴承中间出现楔形空间,导致#7轴承处顶轴油压力下降。至于轴颈的刮伤,很明显还是由润滑油中存在硬质异物所引起,单纯的主机润滑油化验结果合格,并不足以说明系统设备的清洁和无异物存在,这些异物的存在会引起众多不可预知的结果。总的来说,造成这两次汽轮机轴颈与轴承损伤事故的主要原因有以下几个方面。
  (1)润滑油中存在异物。从机组的轴颈两次刮伤的情况看,油质恶化是导致轴颈刮伤的根本原因。尽管机组两次启动前均进行油质化验,结果合格,但润滑油合格并不能说明润滑油系统相关设备的清洁。另外,该机组第一次冲转后,在真空为-82kPa/-82kPa的状态下,惰走时间为45分钟。从该机组的惰走时间看,与同类型机组相比明显偏短,当时认为是真空偏低所致,没有引起足够的重视,事后分析可知,在第一次冲转时,该机组轴颈就已经被刮伤。
  该机组润滑油系统没有使用专用大流量冲洗机进行冲洗,这使得部分金属氧化物和焊渣等大颗粒没有及时排出润滑油系统,这些颗粒状物质可能藏匿在某个普通油冲洗无法冲洗到的角落或附着在管壁上,在第一次冲转后,由于主油泵出口压力比润滑油泵出口压力高出5倍多,这些物质被搅起或剥离,由于冷油器出口滤网与其旁路同时处于投运状态,因此,这些颗粒状物质得以随着润滑油进入汽轮机轴与瓦之间,造成轴颈刮伤。在第二次冲转后,这些异物造成轴承的自位能力丧失,导致轴承的单侧磨损。
  (2)润滑油系统设备制造缺陷。安放在主油箱内的润滑油回油滤网材质不符合设计要求,结构不合理,造成滤网布的扯破,直接导致与加剧了轴承的损伤。破碎滤网形成的大量的纤细金属丝随着润滑油涌进轴与轴承之间,破坏了轴与轴承之间油膜,加剧了两者之间的磨擦。设备在出厂前或者在保管过程中受到污染,设备封装前没有进行彻底检查,使得本应该早发现的隐患而没有发现,诱使了事故的发生。
  轴承的自位能力丧失是导致轴承损坏的直接原因。轴承良好的自位能力能确保汽轮机轴承与轴的随动,最大限度的避免轴承与轴颈的单侧磨损。轴承与轴对中与否、轴承球面与轴承座的加工与安装工艺、异物的存在和缸体的变形等都会影响到轴承的自位能力。从检查情况来看,轴承座洼窝处有凸点,而轴承球面与轴承座分属于两个厂商加工完成,在投用前两者之前并没有进行配对研磨处理,轴承的自位能力无法得到保证,几个轴承的检查情况也证实了严重的单侧磨损的发生。
  (3)顶轴油系统工作不稳定。顶轴油系统工作不稳定,加剧的事故的严重程度。事故发生时,顶轴油母管压力已降至9MPa,在该压力下#5轴颈和#8轴颈已经完全不能顶起,导致这种现象的原因是顶轴油母管上三只溢流阀工作不正常,从而造成顶轴油系统无法补偿因轴承自位的能力减弱而带来的影响,恶化了事故的结果。事后分析看来,该机组第一次冲转时的惰走时间明显偏短,但这个现象在当时很难引起足够重视。
  (4)事故分析不彻底。在新建机组的安装与试运阶段,事故分析不彻底是致使事故重复发生的重要因素。这种参建单位多、合作性强的工作很容易造成各参建单位之间工作的重复与空缺,造成共享信息传达不畅;由于基建与生产任务繁重,客观上容易产生急于求成的侥幸心理,放松了对某些环节的质量要求;事故发生后,各单位由于利益的不同,客观上会造成有效事故信息的分割与隐藏,对事故原因的分析与认识也会产生分岐,从而难以形成客观、正确与统一的观点,造成事故处理工作无中心或中心发生偏移,以至于事故的重复发生。
  4 故障处理
  事故再次发生后,主要处理措施如下:(1)继续进行润滑油系统油冲洗,并对#7轴承乌金进行重新浇铸和刮磨,对刮伤的#6、#7轴颈进行打磨处理;(3)重新对#7轴承自位球面进行光洁处理,并重点检查该球面洼窝,结果发现,该洼窝处沿轴向存在着两道手感明显的凸起,由于此洼窝现场处理不便,现场采用降低顶轴油母管压力、增加单个顶轴油支管油量的方面来补偿因设备缺陷而造成的轴承自位能力不足;(4)增加#6、#7、#8轴承顶轴油压力远传测点,以便加强监视与数据对比。
  进行以上处理后,机组又重新顺利启动,磨擦检查与额定转速打闸停机时,各参数表现正常,多次的低转速试验并没有出现轴承温度升高的现象。
  5 结论与建议
  汽轮机轴颈与轴承损伤严重时会造成汽轮发电机组大轴弯曲、转子动静碰磨、甚至整机损坏,直接和间接损失都是巨大的。如果汽轮机润滑油中含有硬质颗粒,它们对汽轮机轴颈的损伤是非常隐蔽的,可能在很长一段时间内都不能被发觉,因此,要加强对主机润滑油系统的管理和对其油质的监控;安装过程中对圆筒轴承与轴承座的接触性检查应有针对性,除了径向的检查处,还应加强对轴向检查;对于设置顶轴油系统的汽轮机组来说,汽轮机在低转速运行时应加强各顶轴油压力的监视。
  此事故的发生在一定程度上也暴露了机组在管理、制造、基建、调试与运行方面的一些不足。在机组基建阶段,相关部门应强化组织协调工作,充分发挥相关人员的能动性,加强设备运行数据的对比与分析,对已发生的事故的分析做到及时而透彻,以发现与解决问题为整个分析工作的中心;做好设备交接关键点的控制工作,严格把关,在工期安排上避免急于求成。
(来源:汽机监督)

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