田湾1060MW核电机组轴承结构及性能分析

第52卷第6期2010年12月汽轮机技术TURBINETECHN0LOGYVO152NO6DEC2010田湾1060MW核电机组轴承结构及性能分析何国安，黄潜，张福海，张勇，刘军龙，姜剑峰1西安热工研究院有限公司，西安710032；2江苏核电有限公司，连云港222042摘要相比于美国、欧洲和日本等国家，同为发电技术较为发达的俄罗斯，其发电设备的研究和开发相对独立，采用了许多独特技术和标准。以田湾1060MW核电机组轴承为例，分析了俄罗斯轴承在结构设计和润滑油选择上的独特技术，并对其轴承性能进行计算，结果表明俄罗斯轴承具有结构简单、可靠性高、成本低等优点，这对我国汽轮发电机组支撑轴承的设计和选型具有一定的借鉴作用。关键词汽轮发电机组；轴承间隙；椭圆度；润滑油，分类号TK26364文献标识码A文章编号10015884201006041803ANALYSISONBEARINGCONFIGURATIONANDPERFORMANCEOFTIANWAN1060MWNUCLEARTURBOGENERATORUNITHEGUOAN，HUANGQIAN,ZHANGFUHAI，ZHANGYONG，LIUJUNLONG，JIANGJIANFENG1XIANTHERMALPOWERRESEARCHINSTITUTECOMPANYIAMITED。XIAN710032，CHINA2JIANGSUNUCLEARPOWERCOMPANYLIMITED，LIANYUNGANG222042，CHINAABSTRACTTHERESEARCHANDDEVELOPMENTOFPOWERGENERATINGEQUIPMENTMADEINRUSSIAISMOREINDEPENDENTRELATIVELYCOMPAREDWITHTHEUNITEDSTATES，EUROPEANDJAPANESEETC，ANDITADOPTMANYSPECIALTECHNIQUESANDSTANDARDSTHEBEARINGDESIGNANDLUBEO订SELECTIONOFTIANWANNUCLEARPOWERPLANTSL060MWTURBOGENERATORUNITMADEINRUSSIAWEREANYZED，ANDTHEBEATINGPROPERTIESWERECALCULATEDTHERESULTSINDICATEDTHATTHEBEARINGMADEINRUSSIAHASMANYADVANTAGES，SUCHASSIMPLE，RELIABLEANDECONOMICA1ITCANBEUSEDASREFELENEEFORINTHEBEARINGDESIGNINGANDSIZINGOFLARGETURBOGENERATORUNITKEYWORDSTURBOGENERATORUNIT；BEARINGCLEARANCE；ELLIPTICITYRATIO；LUBEOIL0前言近3O年来，我国汽轮发电机组主要是从美国、欧洲和日本等国家进口或引进技术生产，其支撑轴承也基本上按国外图纸进行加工或改进，这就决定了我国陉向滑动轴承选型和设计多沿用这些国家的准则和标准目前我国1O00MW机组大多是引进西门子、ET立和东芝等公司技术生产的【，其支撑轴承多选用可倾瓦轴承或特殊结构的椭圆轴承，比如，西门子或引进西门子技术生产的1000MW机组采用了特殊内表面结构的椭圆轴承，仅下瓦内表面沿周向就有五段曲率，且上、下瓦结构形状不对称。尽管理论研究表明这些新型、复杂轴承具有高效、环保、低能耗等优点，但由于其附有较高的技术含量，实践经验较少，致使部分轴承在现场使用中出现了温度高、稳定性不足等问题，因此这些轴承还有待于在实践中检验和完善。相比美、欧、ET等国家，同为发电技术较为发达的俄罗斯，其发电设备的研究和开发相对独立，也采用了许多特有技术和标准。本文通过对田湾1060MW核电机组支撑轴承的结构和性能分析后发现，俄罗斯轴承具有结构简单、可靠性高、成本低等优势，这对我国汽轮发电机组特别是安全系数要求高的核电机组支撑轴承的设计和选型有一定借鉴作用。1机组简介田湾核电站常规岛汽轮机型号为K一1000603000，由BM3列宁格勒金属工厂殴份公司制造；发电机型号为TB一10002Y3，由AO“3JLEKTPOCHBA”制造。汽轮机采用单轴五缸布置，由1个对称分流的高压缸和4个对称分流的低压缸组成。汽轮机转子为双支撑结构，发电机转子和励磁机转子为三支承结构，转子之问均为刚性连轴器连接。整个轴系共有7根转子和13道轴承，且都是落地式、椭圆轴承轴系简图及相关参数如图1、表1所示，图中LP1LP4指14号低压转子，HP指高压转子，GEN指发电机转子，EXC指励磁机转子2轴承结构特点及性能分析由于该机组的所有支撑轴承结构型式相似，现以11号收稿日期20100420作者简介何国安1980一，男，汉族，汀西抚州人，工程师，硕士，从事汽轮发电机组轴系振动故障诊断及现场动平衡工作。第6期何国安等田湾1060MW核电机组轴承结构及性能分析4L9LPILP2HPLP3LP4GENEXC表1机组支撑轴承的结构参数图1机组轴系简图注轴承润滑油为FYRQUE一I型抗燃油；进油温度为40C45；进油压力120KPA；润滑油温度报警值75。轴承实测椭圆度M为03，侧隙比为578V为例，对陔矶组轴承的结陶特点和性能进行分析。下文中涉及符的含义为、K为轴承水平和垂直方向的油膜川度；、K为轴承两个方向的交叉油膜刚瞍；C、C为轴承水平和垂直方向的油膜阻尼；C、为轴承两个方向的交叉油膜阻尼；A为轴承功耗；AT为轴承润滑油温升；0为轴承偏位角；E为轴承偏心率；H为轴承最L,TJ膜厚度为轴承摩擦阻力系数21轴承间隙的选择问隙比足一个1一分重要的轴承结构参数，主要依据载荷和速度选取栽茼越大，L隙比就越小；速度越高，问隙比就越大。按照我同轴承设计规范，汽轮发电机组上吏用的椭轴承顶隙比为13V一15C。而该机组所有轴承顶隙比均超过2，有些甚至超过4R，这差不多是国产1000MW机组支撑椭圆轴承间隙的2倍轴承间隙没汁箸别如此大的根源在于俄罗斯与我罔对滑动轴承基本FLIJ隙的没汁一样其滑动轴承配合种类规定为HD，而我国采刚H或HC，这样的配合类型差别导致其问隙相差一倍左右。圈2足该机组11号轴承支撑载衙为460KN时，其性能随顶隙变化的曲线图，由可以看出1如果按照我曰轴承间隙标准进行设计，该轴承润滑油温将超过报警值75，而适当增大轴承间隙可以大幅降低油温，但功耗也会卜升；2俄岁斯的大间隙比技术增大了轴承偏心牢、减小了轴承偏位角，从而巧妙地避免了固定瓦轴承轴心浮得太高，稳定性不好的缺点；3在该轴承顶隙比设计范围表L，3641O内，轴承的油膜刚度和阻尼卞H蚶平稳，性能受制造及安装偏差影响不大。22轴承椭圆度的选择椭恻度IF是表征椭刚轴承楔型度的参数，即MT一式中，、分别表示为椭圆轴承的侧隙比和顶隙比。940920900880乏860840820656O一5550454742373227221725XL0。己2OXLO1510。1OXLOS010，00006OXLO蚤40XL02OXLO，001S2025303540项隙比，6OL，52025J03540顶隙比，J60图211号轴承性能随顶隙变化的曲线图椭圆度是椭圆轴承区别于圆轴承的重要结构参数，可以认为轴承就是椭圆度为0的椭圆轴承，而M越大表明轴承楔型度越大。在我国轴承设计规范中，椭圆轴承的椭圆度推荐值有I2、23和34，大多采用12，而该机绀的所有支撑轴承的设汁椭圆度均偏小022048。由于使用中的轴承侧隙只能增大而无法减小除非更换新轴7R，因此现场常常需要通过修刮方式来改变顶隙，进而调整轴承椭圆度，以优化轴承性能。图3给出了11号轴承载荷为460KN时，其性能随椭圆度变化的曲线图，町以看出1在该轴承椭圆度的设计范围表1，025048内，轴承偏位角和偏心率较为合理，即转子在轴承中工作位置常2在大的轴承侧隙工况下，椭圆度对轴承性能影响相对较小，特别是在该轴承椭圆度的设计范围内，轴承的油膜刚度和阻尼相对平稳，换句话说，轴承性能受制造及安装偏差影响不大23采用抗燃油作为轴承润滑油不同于其它汽轮发电机组所用的N32号润滑油，该机组轴承采用俄罗斯进口FYRQUELL型抗燃油作为润滑油，其黏度较大虫表2所示轴承润滑油黏度的大小将埘滑动轴承性能产生一定的影响，即大的润滑油黏度一方面增大了轴承最小油膜厚度，使其抗振动能力强，但对轴承稳定性不利；另一方面减小了轴承油膜的阻力系数，可延长轴承寿命一般情况，重载、稳定性好的轴承选月J黏度大的润滑油。图4给出了两种润滑油下，11号轴承最小油膜厚度H和摩擦阻力系数厂船“OOOOOOO420汽轮机技术第52卷935930薹925喜920915910807570656055504540352322司2120020304050607M020304050607，L图311号轴承性能随椭圆度变化的曲线图随轴承载荷变化的曲线，可以看出在当前载荷工况下460KN，11号轴承选用FYRQUELL抗燃油作为润滑油既保证了最小油膜厚度，又大大减小了摩擦阻力系数，延长了轴承寿命。正因为如此，该轴承曾长期在2001M以上运行，但轴承表面没有任何损伤的痕迹。表2普通透平油与抗燃油运动黏度比较龇函3结论1该机组选用椭圆轴承作为支撑轴承，具有轴承结构简单、技术成熟，可靠性高、成本低等优点。2针对轴承载荷较重的特点，在轴承结构设计上采用050045040O35030暑02502OO1501000501401201000800600400201XL02X103X104X105X106107X10WFN01XL02103XLO4X105X10610。710，N图4采用不同润滑油，11号轴承最小油膜厚度和摩擦阻力系数随载荷变化的曲线图了大间隙比、小椭圆度技术，既有效地降低了润滑油温升，又巧妙地避免了固定瓦轴承轴心浮得太高，稳定性不好的缺点，同时处处体现了轴承性能对安装和制造水平要求不高。3轴承选用FYRQUELL型抗燃油作为润滑油，既保证了最小油膜厚度，又大大减小了摩擦阻力系数，延长了轴承寿命。参考文献1鞠风呜，徐永国，吕智强，等百万等级核电机组设计方案初探J汽轮机技术，2002，44126272何国安，张卫军，王延博，等轴承运行环境对其性能的影响J动力工程学报，2010，3031701743朱宝田三种国产超超临界1000