（中国核电工程有限公司）
摘要：汽轮机组烧瓦是电站汽轮机的恶性事故之一，严重时会造成轴瓦处冒烟、着火和大轴弯曲、转子报废等，而烧瓦前的一个典型征兆，就是轴瓦温升异常。本文结合海南某电厂650MW汽轮机组安装后首次冲转发生的轴瓦温升异常问题，进行了原因分析及处理，以为其他电站发生同类问题提供一些有益帮助。
关键字：汽轮机；轴瓦；温升异常
汽轮机属于常规岛最关键的设备，是将蒸汽的能量转换成机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。主要用作发电用原动机，也可以直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等；还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活的供热需要。[1]在电站建设过程中，汽轮机本体设备尺寸重量庞大，装配精度高，技术难度大，施工工艺复杂，测量数据繁琐，多工种配合作业，质量要求极高；因而伴着汽轮机启动运行事故也常有发生。
1.前言
1.1汽轮机安装工艺流程
一般大型电站，汽轮机设备分为低压缸，高中压合缸或中压缸、高压缸分开，但基本的安装流程大同小异：基础处理→垫铁配置→台板安装→低压缸组合就位找正→前箱及高中压缸就位找正→轴瓦检查安装→转子检查及找中→内部部套找正安装→高压缸负荷分配→轴系找中→通流间隙测量调整→全实缸找中→扣盖→基础二次灌浆→轴系复找中→轴系连接→盘车安装→轴承箱封闭→连通管及罩壳安装；
在整个汽轮机安装工艺流程中，出现最多的工序就是找中心，找中心的目的是为了确保在机组运行时转子位于静子的中心稳定安全旋转；而找中心，又以轴系找中心最为关键，它是整个汽轮机安装过程中的核心工序。中心找不好，就可能出现动静摩擦、机组运行振动超标、瓦温异常等情况，造成设备损坏，更有甚者造成机毁人亡。而这些隐患，有的在机组投盘车时就会表现出来。
1.2盘车作用
盘车装置是汽轮机自带的一套设备，它主要是在机组启动前、停机后投用，用于纠正轴系微量弯曲变形和防止转子受热不均导致大轴弯曲。
盘车装置还有另外两个作用，就是在机组安装或大修后，准备启动运行前：
1)检查汽轮机动静是否有摩擦。
2)判断轴承状态是否存在明显异常。
如果动静有摩擦，盘车电流会增大，或者听音检查缸内有异响；轴系找中偏差过大、轴瓦载荷分配不合理、润滑油工作不正常、轴颈轴瓦间隙不均都会造成盘车过程中轴瓦温升异常，盘车电流增大等问题；这时就不能盲目启动机组，必须排除异常后方可冲转运行。在某电建设过程中，1#汽轮机组就出现了盘车轴瓦温升异常的问题，下面我们介绍某电此次问题的处理流程及方法。
2.事件背景
2.1事件经过
2015年3月8日，海南某电厂1号机组非核冲转准备工作完成后，汽机挂闸，由于高压调节门泄漏量偏大，汽机转速很快上升到超过250rpm，手动打闸进行摩擦听音检查，打闸后发现1号轴瓦温度迅速上升并超过80度。现场调试立即破坏真空，在转速下降过程中，1号轴瓦温度先上升到145度后有个下降的过程，然后又再次上升到171.8度后重新下降，现场听音检查正常。随后翻瓦检查，发现轴颈、轴瓦处存在刮痕，详见图1，瓦块上下半都存在不同程度受损（沟痕），轴承箱内部存在瓦块碎屑。
2.2现状及问题
事故发生后，现场各参建单位首先想到的原因是油系统故障断油或有杂质，于是对磨损轴颈部位及油系统进行检查，油系统运行正常，也未发现异物；为尽快实现1#汽轮机非核冲转这一重大节点，现场根据多年来此类事故的常规处理经验，确定的处理方案是：
1)采用砂带人工打磨修复轴颈，依次用120目砂纸、240目砂纸、麻绳进行研磨，确保表面椭圆度与不柱度的前提下进行麻绳抛光；
2)手工修刮轴瓦；
3)调整1#轴瓦载荷。
经过轴承箱清理，采用高精滤油机持续对主油箱润滑油进行冲洗过滤，同时利用医用棉布进行检查，未发现有杂物，重新取油样化验合格后，启动盘车，观察轴1#瓦温升情况。
现场经过多次试验调整，期间也更换过新的备用瓦块，但每次处理完投盘车后，主控显示汽轮机高压缸盘车轴瓦温升都出现异常。
而根据同机型的冲转经验，项目部要求汽轮机投盘车后，高压缸轴瓦温升要控制在5度以内。此时，1#机组热试已进入尾期，轴瓦温升异常的问题没有得到解决，项目领导小组要求务必在核冲转之前解决轴瓦温升异常的问题。
3.原因分析
由于该电厂汽轮机设计图纸、安装技术标准与秦山X电厂4台机组相同，根据秦山X电厂的安装经验，每台机组投盘车后的高压缸轴瓦温升基本都在5度以内。因此，本现场汽轮机投盘车后高压缸1#轴瓦温升异常的问题是可以解决的，轴瓦温升控制在5度以内也是可以实现的。
针对1#轴瓦温升异常的问题，要从“人、机、料、法、环”[3]五个因素进行了深入分析，罗列可能的原因，逐一进行排查。
3.1“人”因
造成的轴瓦温升异常的人为因素主要是施工人员技能不熟练，从而导致的施工过程中1#轴瓦载荷过重，轴承标高错误、轴系对中数据超差、顶轴油阀门开度错误等失误，造成轴颈与轴瓦配合间隙超差，润滑油起不到润滑作用，出现硬摩擦从而致使盘车轴瓦温升升高。
现场通过载荷试验、复查安装数据、查询施工记录等手段排除了人为因素。
3.2“机”因
由于汽轮机安装过程复杂，测量数据众多，如果使用的工机具出现问题，那么所有的测量数据将失去意义，安装质量则变的不可控制。为此，核查安装及检查过程使用的工机具这项工作变的十分重要。
汽轮机安装用的起重机械是行车，现场检查行车试验及特检取证情况，所有文件合格齐全。核查施工单位及监理单位所用的计量器具的标定情况，检定证书注明合格，工器具标定均在有效期内，满足使用要求；工具库内的工机具与检定证书一一对应，而且工具外观无损伤，操作灵敏，满足施工要求。
3.3“料”因
在“料”因排查中，影响轴瓦温升的因素主要涉及轴承部件制造原材料和装配加工是否合格。
现场检查轴承、转子的设备竣工文件，轴承主要部件瓦块、轴颈所使用的原材料相关质量证明文件齐全，力学性能均满足使用要求。制造完工后的各项无损检查也注明合格。
检查轴瓦几何尺寸，通过使用标准件假轴对1号轴瓦进行曲率检查发现：轴承壳体中分面最大间隙0.26mm，瓦块与假轴局部间隙0.03mm，与设计标准不符，同时为确定检查的正确性，现场组织施工单位复装了1#轴瓦，各方检查瓦口间隙小于0.03mm,不符合设计要求，润滑油难以进入。
轴瓦与轴颈曲率不一致，导致转子轴颈与瓦块接触不均匀，在盘车过程中，轴颈、轴瓦局部产生硬摩擦致使温度升高，这是一个因素。
3.4“法”因
“法”因主要从汽轮机安装施工方案和1#轴颈拉毛后的处理方法进行分析。
汽轮机的安装方案，是结合海南现场实际而制定，且经过重大方案评审会评审认证后用于指导现场施工，符合程序及规范要求。
1#轴瓦拉毛后的处理方法在1.4节已经描述，且经过多次试验，没有达到预期目的，为验证它的不合理，我们对其处理结果进行了检查：
由于转子轴颈拉毛面积大，需对整个轴颈进行处理，现场采用50mm宽度的砂带人工打磨轴颈，虽经多次处理，仍造成轴颈在不同截面的径向尺寸不一，轴颈不柱度0.04mm，超出标准不柱度≤0.02mm要求；
轴颈上拉痕深浅不一，造成轴颈人工处理后局部深局部浅，椭圆度0.06mm，也超出标准轴颈椭圆度≤0.02mm要求；
整个轴颈经砂纸打磨后，轴颈尺寸变小，再配原备用瓦块，导致轴颈轴瓦接触不均，不符合电力DL/T5210.3-2009标准中4.3.15乌金与轴颈接触面“＞75%且均匀”的要求；[4]
由此可见，轴颈拉毛后的修复方方法不适用于此次问题处理，它造成轴颈、轴瓦间隙不均，局部产生硬摩擦，润滑油无法进入，致使盘车瓦温升高。
3.5“环”因
汽轮机轴颈和轴瓦所处的环境因素，一是封闭的轴承箱内，二是处于润滑油包裹状态，因而“环”因影响，主要考虑润滑油的油质状态和轴承箱的清洁程度。检查油质及送检分析均显示油质合格，所以排除环境因素。
经过以上原因分析，最终找到影响轴瓦温升异常的两个主要原因，分别为轴颈处理方法错误及轴瓦制造缺陷。
4.处理措施
4.1制定对策
针对影响轴瓦温升的两个主要原因，根据现场条件，选择返厂加工修复轴颈和机加工处理轴瓦。
4.1.1轴颈处理要点
转子运抵厂内，进行上机床进行找正，修复前对高压转子进行全面检查，包括整体外观检查，轴颈尺寸测量（取多个断面进行测量），转子跳动及端面飘偏检查，所有数据记录留存。
根据轴颈测量尺寸，选取最小值进行整体车削加工，加工后打表检查跳动值≤0.02mm，记录加工后的轴颈尺寸；
轴颈加工后，整根高压转子需上动平衡机重新进行动平衡试验，如不合格，需进行重新配重处理，直至合格。
4.1.2轴瓦处理要点
轴瓦的处理，需在高压转子轴颈修复完毕得到具体的轴颈尺寸数据后进行，这是基础数据，轴瓦的内孔尺寸需要根据它来匹配加工值。
轴瓦的巴氏合金的修复，需用超声波进行检测，彻底去除原损坏面，采用精密补焊，补焊的合金材料与原轴瓦合金相同，补焊厚度超出原表面至少2mm，为后续瓦内孔加工留足余量。
根据匹配修复后的轴颈尺寸值，加工轴承瓦块内孔尺寸，并使用假轴检查修刮瓦块内孔，使接触面积达80%以上，且接触均匀。
最后，对瓦块进行整体的UT和PT检查，合格后方可出厂。
4.2对策实施
4.2.1转子轴颈修复
为确保高压转子顺利吊出返厂，首先编制了专项进度计划；其次组织施工单位编制了专项的揭缸方案和质量计划，会同监理公司、业主公司一同审核。揭缸过程中，监理公司全程旁站，重点关注揭缸过程中成品保护和防异物措施。
(1)在转子返厂前，现场与厂家召开视频专题会讨论，按照修复方案制定了详细的修复专项质量计划，确保轴颈返厂修复的每一道工序均有据可查、有人验证。
(2)厂家QC、工程公司设备监造人员严格按照施工工艺和质量计划的设点要求进行了过程质量检查和控制。
(3)为加强转子修复过程质量受控，现场的一名安装人员跟随转子一同返厂，全程跟踪监督了转子修复过程。
通过加工后检查发现：轴颈拉痕全部消除，轴颈处跳动、轴颈椭圆度、不柱度均≤0.02mm，转子轴颈修复合格。
4.2.2轴瓦修复
(1)同轴颈修复一样，根据修复方案与加工厂一同讨论制定轴承加工质量计划；
(2)为确保轴瓦加工原始数据的准确性，三组人员对修复后的轴颈尺寸数据进行了多次测量；
(3)轴瓦加工后进行抱假轴检查，检查接触面积达80%以上，曲率确认合格后才出厂；
(4)瓦块最终进行了UT和PT检查，确认无缺陷。
通过机加后检查发现：瓦块抱假轴检查间隙0.03mm塞尺检查不入，接触面积合格；轴承壳体中分面间隙0.03mm塞尺检查不入。轴瓦修复合格。
5.效果验证
5.1复装验证
高压缸复扣盖之前，为保证复装的顺利进行，现场召开了专家会，针对此次转子修复数据、轴系中心数据、高压缸扣盖方案和后续投盘车过程注意事项进行分析讨论并给出了指导意见，现场均采纳实施。
(1)1#轴承检查
1号轴承返修到达现场后，与厂家、安装单位、监理公司、业主公司一起进行了轴瓦曲率复查：轴瓦与假轴组合后，把紧螺栓，轴承上下中分面0.05mm塞尺检查不入，瓦块与假轴接触面0.03mm塞尺检查不入，涂红丹检查瓦块、假轴接触面积达80%以上，检查合格；同时进行了1号轴承瓦块与高压转子轴颈接触情况检查，根据检查接触情况，去除局部轴瓦上的高点，确保接触均匀；为确保进油顺畅，经厂家同意后，现场对瓦块进油楔也做了放大处理。
(2)高压转子检查
高压转子到场后进行了1#轴颈椭圆度、不柱度检查,检查数据轴颈椭圆度≤0.02mm,不柱度≤0.02mm,合格。
同时检查了高压转子跳动及端面瓢偏,转子弯曲度≤0.06mm，转子对轮外圆、轴颈外圆跳动≤0.015mm（序号1、2、10），其它外圆跳动≤0.03mm,合格。
(3)扣盖
扣盖过程与首次扣盖施工方案流程一致，也邀请厂家参与了整个扣盖过程中的数据测量旁站，强化了过程质量控制。
5.2启动验证
2015年7月04日重新投盘车后，1#轴瓦温升0.3度，至此1#轴瓦盘车温升异常的问题得以解决。
2015年7月06日，现场召开专题会，对此次轴瓦温升异常问题处理结果进行综合评估，各方一致认为此次1#轴瓦处理效果显著，问题解决，为后续核冲转节点的实现创造了必要的条件，保证了整个核电站发电的正常进程，无形中也降低了后续汽轮机运行的质量安全风险。
2015年11月6日，该电厂1#汽轮机组带核冲转成功，汽轮机1#轴瓦温度满足运行要求。
6.结束语
轴瓦是汽轮机的主要设备，瓦温异常持续升高，当高达临界值时，瓦面钨金熔化，如果不及时处理，会造成轴承烧毁，轴颈磨损，引起剧烈振动损坏汽轮机转子。虽然国标对小于30吨转子在设计上没有强制要求设置顶轴油，但理论设计和现场实际安装会存在偏差，同时，理论值也并非完全准确，根据多年来的统计数据显示，无顶轴油的轴瓦烧瓦几率较高。而烧瓦处理工期长，严重影响工程进展，处理成本也非常高。在该电厂我们建议厂家为1#、2#轴瓦增设顶轴油，但厂家综合考虑后并未在海南现场采纳，后续其他同类型机组可给予考虑。
在有效的解决了1#轴瓦温升异常后，将1#机轴瓦处理过程中好的经验应用到2#机组，并从厂家设计角度增加轴瓦安装过程中瓦块曲率检查的要求和轴瓦进油楔间隙的变更修改，同样的问题在2#机组启动运行没有再次发生。
参考文献
[1]王新军，李亮，宋立明，李军等，汽轮机原理，西安交通大学出版社，2013：1-7
[2]H01A.000.1SM-1，HN650-6.41型汽轮机主机说明书，哈尔滨汽轮机厂
[3]陈广河，邓红霞等，浅谈“人机料法环”五因素对施工质量管理成果的影响，内蒙古水利，2008
[4]DL/T5210.3-2009，电力建设施工质量验收及评价规程第3部分：汽轮发电机组