作者：孙茂财
（山东东营胜利油田石化总厂）
摘 要：对蒸汽透平止推轴承副下瓦超温报警，探寻故障原因，采取调整透平入口蒸汽管线的办法解决问题。
关键词：蒸汽透平；止推轴承；高温
一、前言
胜利油田石化总厂50×104t/a柴油加氢装置循环氢压缩机，由德国BORSIG公司提供，采用蒸汽透平驱动。自投用以来一直存在蒸汽透平止推轴承下瓦副推力面受力较大的现象，每次拆检止推轴承，下瓦副推力面上都有一层瓦面高温引起的焦状物，但轴瓦温度仍在报警值以下（报警值90℃）。装置进行扩能改造后，机组转速相应提高，运行中出现止推轴承副下瓦超温报警问题，Z高时达105℃，为保证机组安全，只能降转速运行。
历次抢修都将解决问题的重点放在了轴承的安装、修刮调整上，主要检查转子、调整轴承间隙紧力、研配轴承止推面接触面、修刮轴瓦油楔，对中找正等常规项目，甚至还请来了其他炼厂的专家乃至压缩机生产厂家的技术人员，但都无功而返。直到2007年9月，终于找到了病根，并成功根治。
二、机组相关参数
机组蒸汽透平部分参数，型号B5S1-I，水平剖分式结构，输出功率476kW（Z大525kW），进汽压力3.5MPa（Z大3.7MPa），进汽温度390℃（Z高410℃），额定转速8571r/min。增速箱型号GX-22，增速比2.039。压缩机型号GC355/8，额定转速17479r/min，采用齿式联轴器。
三、止推轴承结构
故障轴承为固定式止推轴承，分为上下两块组成一个环状整体，瓦块之间有一定宽度的排油槽（图1）。此轴承构造简单，结构紧凑，常用于轴向力较小、安装空间狭小的场合，但推力瓦块不能自动调整，所以要求检修研配工艺很严格，要求每块瓦块与推力盘接触面积尽量一致，否则工作瓦面就不能平均受力，造成局部过热烧损。瓦面研刮到接触程度均匀一致后，就可根据转子旋向修刮瓦面油楔。
四、故障特征
1.轴瓦高温主要发生在下瓦副推力面上
下瓦副推力面温度对转速异常敏感，随转速的升高，温度上升的速度不断加快，转速升至5000r/min左右时，瓦温达85℃。继续提高转速，则副下瓦温度会急剧上升并造成轴承副推力面磨损，而上瓦副推力面和主推力面上、下温度变化平缓，一般≤65℃。
2.轴瓦损伤主要集中在下瓦副推力面上
检修过程中发现，每次都是下瓦副推力面巴氏合金磨损，而且越接近推力面下缘，磨损越严重。增大供油量、降低油温、提高油压对轴承温度影响很小。止推轴承副推力面温度比主推力面温度高得多，而根据透平转子轴向力的方向判断，应该是主推力面温度高。
3.透平转子热态止推间隙受机体温度影响较大
暖机或停机后，立即推拉透平转子，其轴向窜量为零，而机组继续冷却后，轴向窜量又恢复为检修时的冷态数值。
4.每次拆检都发现推力瓦面有接触不良的迹象
检修时，尽管推力盘与主、副推力瓦研配后，用着色法检查接触都很好，但每次拆检，推力瓦面都出现接触不良的迹象。止推轴承下瓦的副推力面外缘磨损较大，上瓦副推力面较好，而主推力面下瓦较好，上瓦仅有轻微接触痕迹。
五、查找故障原因
用常规方法，已无法解决故障轴承存在的问题。因此，怀疑以往解决问题的过程，可能存在方向性错误。故对止推轴承高温故障异常特征再三研判，认为新的判断可以合理解释故障特征。
1.止推轴承无法形成正常油膜
如果是止推轴承无法形成正常油膜，应不是轴承自身问题，可能是其他隐避问题的影响。
2.透平热态止推轴承推力间隙发生变化
这一点可以推断透平缸体热态发生了弹性弯曲变形，透平的正常线性热膨胀，是不会影响到止推轴承推力间隙的。
3.透平壳体发生较大变形
透平壳体发生较大向上弯曲的弹性变形，可以诱发止推轴承故障。壳体如果发生向上的较大弯曲变形，将牵动轴承箱带动两端轴承安装位置发生歪斜（偏转），使止推轴承推力面与转子中心垂直的安装状态发生变化。轴瓦副推力面与转子副推力盘发生线接触，后者又阻碍了止推轴承的进一步歪斜（偏转），这样转子副推力盘会给止推轴承副推力面一个局部作用力。
壳体弹性变形越大，止推轴承歪斜（偏转）越严重，转子热态推力间隙越小，越不能形成正常的油膜润滑，推力面局部发生干摩擦就越严重，轴承因摩擦产生的热量无法及时带走，从而导致了止推轴承副推力面温度偏高、磨损，这与运行中表现出来的症状比较吻合。壳体弯曲变形后，转子与轴承相对位置变化如图2所示。
如果能找出引起透平壳体产生热态弯曲变形的原因，也就找到了解决问题的办法。有3种情况可能会导致透平壳体变形。
（1）透平自身热膨胀受阻。每次检修时都清理透平滑销系统以及打表测量，发现透平自身热膨胀自由，没有受到阻碍，开（停）机时伸缩自如。
（2）透平上下汽缸温差过大。汽缸保温不良会造成缸体向下弯曲（驼背），使透平动静部分间隙发生变化，但通过加强保温措施，尽量减小透平上下汽缸温差。机组运行时，现场测量上下汽缸温差＜10℃，该温差引起的缸体变形不足以使轴瓦推力间隙消失。
（3）外力作用引起壳体变形。首先怀疑到透平蒸汽管线。对透平入口、出口蒸汽管线检查，发现机组平台以下，透平蒸汽入口管线弹簧吊挂发生较大水平偏斜，向透平外侧偏移量达60mm，其中外侧吊挂的弹簧断裂。
弹簧吊挂发生较大水平偏斜，而且有一侧吊挂的弹簧断裂，是一个比较反常的现象。至少可以说明弹簧吊挂受到了不该受的力，或者其受力已超过其承载能力，如果这个力转移到透平壳体上，将导致透平壳体变形，对内部动静间隙也会产生很大影响。
基于此分析，对透平入口蒸汽管线进行梳理，发现在入口管线上，缺少限制管线膨胀移动的限制点。因为缺少这样一个固定支架，管线热膨胀产生的变形、管线位移、热应力，将全部转移到弹簧吊挂和透平入口法兰上。当弹簧吊挂不能承受重负发生弹簧断裂后，作用在透平入口法兰上的力会更大，极可能使壳体发生变形。
管线的异常与透平止推轴承高温（磨损）到底是否存在关联，在对透平入口法兰受力进行分析后，确定法兰受力方向与上述透平壳体热态弯曲变形方向一致，可以判断就是此力导致了止推轴承故障。
六、解决措施及结论
1.措施
在透平入口蒸汽管线上，安装固定托架。更换损坏的弹簧吊挂。为尽量吸收管线热变形，在透平入口蒸汽管线上，新增加一段膨胀弯。重新配管、找正，确保透平入口法兰中心对正、法兰面平行。对止推轴承简单修刮，不做调整（目的是想检验故障原因判断的准确性）。
按正常程序开机，止推轴承温度正常，主推力面温度比副推力面温度高1～2℃，主、副推力瓦温度随转速变化平缓，透平转速升至7600r/min时，主推温度53℃，副推温度51℃，可以随意升降转速。以往开机、运行过程中的所有异常现象全部消失，机组投入满负荷生产。这证明了受管系影响发生壳体变形，进而导致止推轴承高温的判断正确。
2.结论
（1）与蒸汽透平机相连的蒸汽管道，由于操作温度远远高于安装温度，在操作时因热胀而产生的热应力必然作用到透平壳体上，当这些荷载过大或不平衡时，将引起壳体局部应力增大甚至变形，进而导致透平内部间隙改变、动静部分摩擦、振动增大。为此，必须控制作用在蒸汽透平机上的外力，使其不超过允许的范围，合理配管及正确使用支、吊架，是达到此目的的重要手段。
（2）对与压缩机组相连，温度变化较大的管线、支吊架等附件，要经常检查，及早发现缺陷。
（3）在设备维修过程中，对多次解决不了的问题，要广开思路、发散思维，不能钻牛角尖，多从现象分析入手，才能把握住问题的关键。
