【简述】
某电厂2号汽轮机为超临界、一次中间再热、单轴双缸双排汽、双抽、直接湿冷、抽汽凝汽式汽轮机。其推力轴承安装在前轴承箱内，工作面、非工作面各有6块推力瓦构成，材料为巴氏合金，额定350MW负荷顺序阀运行轴向推力设计值约为10kN。该机组自2012年投产后分别于2012年6月13日、7月25日发生了推力轴承损坏事故，机组推力轴承检修后只能在250MW～270MW负荷（纯凝）下运行，否则推力轴承温度上升较快，严重影响机组安全稳定运行。
【事故经过】
2号汽轮机两次推力轴承磨损均为工作面瓦块，其中第二次推力轴承磨损事故前负荷213MW，推力瓦工作面温度最高值95.8℃，轴向位移为0.19mm；事故时轴向位移跃升至1.89mm ，推力瓦工作面温度最高值跃升至113℃，2号汽轮机轴向位移保护动作停机。停机检查发现，推力轴承工作瓦块外缘最大磨损4.1mm（下瓦），内缘最大磨损1.3mm
【事故原因】
    1.制造、安装方面的原因
推力轴承发生磨损后，多数人第一反映是由于推力轴承的供油量不足，使油膜形成不良而导致。该机组两次推力轴承磨损事故发生后，确实在润滑油系统检查出了问题。第一次事故发生后，前箱解体时发现推力轴承上盖的8个温度测点中4个不用的温度测点元件线夹没有安装（如图2所示），机组运行时润滑油自测温元件线夹孔向外大量泄油，使推力轴承内润滑油压降低；第二次事故发生后，推力轴承解体检查发现回油孔处调整螺钉没有进行调整（全开状态），润滑油回油“敞口” 运行没有节流，降低了轴承内润滑油压，检修人员将调整螺钉调整至开度三分之一位置。采取这两方面措施后，机组再次启动推力轴承温度高的问题并没有改善，这说明虽然推力轴承测温线夹没有安装、回油调整螺钉没有节流虽会影响润滑油压，但笔者认为在推力轴承内只要充满润滑油，即使油压偏低（接近大气压力），也不致影响润滑油膜的形成，导致轴承磨损事故的发生。
     
图2 2号机组推力瓦进（出）油侧温度测点没有安装线夹（白色圆圈标注）
2.推力轴承方面的影响
推力盘材质的影响：2号机组第一次推力轴承损坏事故发生后，对磨损的推力盘工作面进行了补焊处理。由于补焊所用的材料与推力轴承乌金所构成的摩擦副性能较差，通俗的说新材料摩擦性能相对较“粘”，高速旋转时产生的热量必然较高。因此第二次事故发生前机组在空负荷时推力轴承工作面温度明显高于第一次事故发生前空负荷时的温度，并且轴承温度随着负荷增加持续升高，在210MW负荷就已发生了磨损事故。为解决这一问题，该机组小轴返厂，将推力盘补焊的部分进行了车削，并通过加垫片将推力轴承推力间隙调整至允许范围内。
推力盘与推力瓦块平行度的影响：通常情况下，机组负荷发生变化时，由于汽缸两侧膨胀差异以及转子扬度的变化等造成推力盘与推力瓦块平行度发生变化，而推力轴承能够灵活地根据这一变化，调整自身的位置，使推力轴承工作瓦块均匀受力。一旦机组推力盘与推力瓦块平行度超出允许范围时，将使推力轴承工作瓦块受力不均，部分瓦块乌金温度持续上升。经检查，该机组运行中汽缸两侧膨胀均匀，但轴承箱扬度超出了设计要求，检修人员将其调整至合理范围内，消除了影响。
推力轴承自位性的影响：推力轴承灵活的自位性，可保证推力瓦块受力均匀，润滑油膜的有效建立，避免瓦块与轴产生干摩擦，从而防止推力轴承温度升高而磨损。2号机组推力轴承解体检查后发现1、2号瓦块测温护套间隙不够，平衡桥靠中分面止动螺钉没有拆除，影响推力瓦块的自位功能，故检修人员对测温套管进行了车削处理，并拆除了止动螺钉，避免了二者对推力轴承自位的影响。
3.汽轮机轴向推力的影响
2号机组推力轴承磨损事故发生后，检修人员虽针对润滑油及推力轴承等方面存在的问题进行了处理，但仍未改善推力瓦温度高的情况。因此，分析认为2号机组推力轴承的两次磨损及瓦温高的根本原因是机组轴向推力过大造成。
2号机组为反动式汽轮机，高、中压汽缸为合缸式，在高、中压转子压力级上，能产生相当大的轴向推力，这部分推力主要是靠转子上的高、低压平衡毂和凸台所受的蒸汽作用力来平衡。该机组高中压转子原始理论轴向推力特性曲线如图3 所示。
图3  机组高中压转子原始理论推力特性曲线
针对上述问题，制造厂对汽轮机轴向推力计算方法进行了重新核查，发现由于调节级前后面积不封闭造成了计算错误，使调节级围带前后面积差多算了反向推力A P01（其中：A为调节级围带前后面积差；P01为调节级喷嘴后压力），而实际这部分面积差承受的压差为调节级前后压差，产生的推力并不大，可以忽略。并且压力级部分级别也有类似错误，导致机组总推力少算，实际推力增大。经重新计算，在350MW 负荷，该机组轴向推力为290kN（正向）处于推力瓦比压上限范围内，易造成推力轴承烧损。
汽轮机保护方面的原因
4.轴向位移保护未动作
2号汽轮机轴向位移保护原设计在TSI中轴向位移的四个测点均加了2秒延时，并且在TSI中设置了“limit suppression” （限值抑制）功能，此功能的作用是在参数在超量程后，屏蔽掉输出。基于上述两个原因，在汽轮机发生事故的瞬间（＜2s），轴向位移超量程后，由于限值抑制功能的设置，“轴向位移大”的输出被屏蔽掉，TSI装置无法输出“轴向位移大”的跳机信号，轴向位移保护未动作。
5.推力轴承温度保护未动作
在汽轮机轴承温度保护中，由于设置了3℃/s的速率保护，在机组故障发生时，推力轴承温升速率远远超过3℃/s，因此此项温度保护也被屏蔽掉，汽轮机轴承温度高未动作。
【防范措施】
通过上述分析可知，该机组推力轴承磨损的主要原因是轴向推力的原始设计过大造成，而与制造安装质量关系甚微，解决正向轴向推力过大问题的方法是车小高压平衡鼓直径。经过计算，高压平衡环直径减少12mm后，350MW负荷工况下推力仅为50kN。该机组高压平衡环经车削后启动，在300MW负荷推力轴承温度为57.2℃。
在机组轴向位移保护方面，将机组轴向位移中四个测点的延时时间设置为0，并加强了TSI卡件、轴向位移信号线的抗干扰能力，防止电气信号干扰。同时在TSI中，取消了“limit suppression”（限值抑制）功能；在机组推力轴承温度保护方面，对推力轴承的工作面、非工作面的4点推力轴承温度分别采用4取2的逻辑，取消了单点速率判断功能。