Причины повышения температуры в упорных подшипниках паровых турбин
Время выпуска
:
Jan 25,2026
Источник
:
Турбинный упорный подшипник служит основным компонентом для балансировки осевых сил и осевого позиционирования ротора в агрегате.
Причины повышения температуры в блоках упорных подшипников турбин
Турбинный упорный подшипник служит ключевым компонентом для балансировки осевых сил и осевого позиционирования ротора в агрегате. Он также выполняет роль важного защитного устройства, предотвращая осевое перемещение ротора и защищая канал потока пара. Его основные функции включают несущую способность, позиционирование, смазку и защиту. Подшипник разработан так, чтобы выдерживать десятки тонн осевого усилия, возникающего при работе турбины под воздействием пара; именно он напрямую определяет эффективность потока пара и эксплуатационную безопасность агрегата.
1. Полностью воспринимать осевое усилие ротора для балансировки осевых сил;
Когда пар в проточной части турбины совершает работу над лопатками, перегородками и паровыми уплотнениями, он создаёт огромное осевое неуравновешенное усилие (в суперкритических/ультрасуперкритических агрегатах оно достигает 30–80 тонн) из-за разности давлений и углов удара. Это является основной причиной осевого перемещения ротора. Упорный подшипник, благодаря взаимодействию между упорной плитой и упорными подушками подшипника, поглощает всё осевое усилие ротора. Затем эта сила передаётся через корпус подшипника на каркас турбины и фундамент, что делает упорный подшипник единственным компонентом агрегата, обеспечивающим балансировку осевых сил. Подушки, изготовленные из сплава Баббитта, образуют гибкую опорную поверхность в сочетании с масляной смазочной плёнкой. Такая конструкция равномерно распределяет нагрузки от осевого усилия, предотвращая локализацию напряжений, которая могла бы привести к повреждению подушек.
2. Точное ограничение осевого перемещения ротора для обеспечения осевой центральной позиции;
Упорные подшипники состоят из рабочих упорных колодок (основных упорных колодок, воспринимающих нормальную осевую тягу в процессе эксплуатации) и нерабочих упорных колодок (вторичных упорных колодок, воспринимающих обратную осевую тягу при сбросе нагрузки или внезапном изменении параметров пара). Зазор между этими колодками (упорный зазор) определяет предельное осевое перемещение ротора. Благодаря двунаправленному ограничению корпусов подшипников осевое положение ротора фиксируется в проектной исходной точке. Это строго обеспечивает сохранение осевого зазора между ротором и статором (цилиндром, лопатками статора, перегородкой, паровым уплотнением) и осевого зазора парового уплотнения, предотвращая контакт и абразивный износ в проточной части.
3. Формирование полости жидкостной гидродинамической масляной пленки для обеспечения беспрепятственной осевой смазки упорного диска;
Во время вращения ротора смазочное масло всасывается в клиновидный зазор между упорным диском и опорным блоком, образуя жидкий гидродинамический масляный слой. Это полностью разделяет упорный диск от поверхности подшипника из баббитового сплава, превращая металлическое сухое трение в жидкостное за счет масляной пленки и значительно снижая коэффициент трения. Одновременно циркулирующее смазочное вещество отводит тепло, выделяющееся при трении, поддерживая температуру поверхности подшипника из баббита на уровне ≤85°C (оптимальный рабочий диапазон: 60–80°C), что предотвращает размягчение или расплавление материала из-за высоких температур.
4. Защита от перегрузки;
Когда чрезмерная осевая тяга вызывает перегрев подшипника или осевое перемещение ротора превышает допустимые пределы, система защиты срабатывает, включая аварийные блокировки остановки. Это предотвращает расплавление подшипника, которое могло бы привести к разрушению лопастей в потоке или деформации цилиндра.
К причинам чрезмерной температуры опорного блока относятся:
● Чрезмерное отклонение параллельности между блоками упорного подшипника и упорной пластиной; несоответствие углов кулачков подшипника и шейки ведущего вала приводит к локальному перегреву в определённых зонах блоков. Когда угол кулачка шейки значительно превышает угол кулачка подшипника, верхние блоки на упорной поверхности перегреваются по сравнению с нижними блоками. И наоборот, когда нижние блоки воспринимают большее усилие, они перегреваются по сравнению с верхними блоками.
● Чрезмерный биение упорного диска, вызванное качеством изготовления ротора. Это приводит к значительному перепаду осевых усилий между блоками упорных подшипников во время эксплуатации. В условиях высокоскоростной непрерывной работы постоянные большие колебания осевого усилия на каждом блоке нарушают стабильное формирование масляной пленки, что приводит к повышению температуры по всей рабочей поверхности.
● Чрезмерная разница толщины внутри блоков упорных подшипников или между соседними блоками. Значительные различия в толщине внутри одного блока или между блоками приводят к тому, что более толстые блоки во время эксплуатации воспринимают большую осевую нагрузку, чем более тонкие, что вызывает повышение температуры в некоторых более толстых блоках.
● Проблемы с шлифовкой блоков: Недостаточная шлифовка отдельных блоков или плохая общая шлифовка блоков друг относительно друга приводят к плохому контакту между блоками и упорными пластинами. При общей шлифовке блоки должны быть надлежащим образом установлены и подвергаться осевому усилию, чтобы добиться истинной поверхности контакта.
● Недостаточный зазор для осевой нагрузки: из-за ошибок измерений или несоосности подшипников недостаточный зазор для осевой нагрузки снижает поток смазки, ухудшает образование масляной пленки и повышает температуру блока подшипника.
● Неравномерное распределение осевой нагрузки по верхней и нижней опорным поверхностям: в подшипниковых корпусах комбинированного типа, обеспечивающих совместную опору и упор, недостаточное усилие отверстий для установочных штифтов приводит к смещению при сборке. Это вызывает неравномерное распределение осевой нагрузки по верхней и нижней опорным поверхностям, что приводит к неоднородности температур в оболочках упорных подшипников. Частичный перегрев или перегрев отдельных оболочек становится возможным.
● Неподходящая сферическая плотность опорного комбинированного подшипника со стороны опоры. Сферическая плотность, предусмотренная для агрегата, рассчитана на идеальные условия, однако в реальном производстве качество поверхности сферической поверхности и её посадочного места часто не соответствует проектным требованиям из-за факторов производства или монтажа. В процессе эксплуатации способность подшипника к самовыравниванию при осевой нагрузке оказывается недостаточной. Это приводит к неравномерному распределению осевой нагрузки по блокам опорного подшипника, вызывая повышение температуры в отдельных блоках. Этот эффект обычно проявляется в заметном смещении зон повышенной температуры внутри блоков по мере изменения нагрузки агрегата.
● Ненормальное образование масляной пленки: недостаточный зазор в самих блоках упорных подшипников в сочетании с проблемами при изготовлении или установке уплотнительных колец приводит к тому, что плечо уплотнительного кольца застревает в блоке во время вращения ротора. Это препятствует свободному движению, нарушая нормальное образование масляной пленки. В результате между блоком подшипника и упорным диском формируется тонкая масляная пленка или режим работы почти с трением, что приводит к повышению температуры блока (при этом зоны высокой температуры и максимальные значения остаются относительно стабильными).
● Неправильная регулировка зазора масляного уплотнения в комбинированных упорно-опорных подшипниках: Неверная регулировка зазора приводит к тому, что масляное уплотнение при работе давит на вал, препятствуя самовыравниванию сферического подшипника под воздействием осевых нагрузок. Это вызывает чрезмерную осевую тягу и повышение температуры на отдельных блоках упорных подшипников.
● Увеличение осевого усилия на агрегате: Накопление отложений в проточных каналах, отслоение паровых уплотнительных пластин, чрезмерный зазор в паровых уплотнениях, эрозионная деформация лопаток или увеличение радиального зазора в паровых уплотнениях в проточных каналах усилят перепад давления пара до и после перегородочной плиты каждого ступенчатого отделения, тем самым повышая осевое усилие.
● Недостаточная подача масла в опору привода;
Это приведёт к повышению температуры подшипникового блока. Длительная эксплуатация в условиях недостатка масла ускорит износ подшипникового блока.
Основной паровой клапан высокого давления управляется вручную с помощью маховика. Пять регулирующих клапанов высокого давления и X регулирующих клапанов отбора пара каждый приводятся в действие гидравлическим приводом через рычажный механизм.
Обслуживание турбин — это систематический процесс, включающий плановые целенаправленные осмотры, очистку, ремонт и испытания с целью выявления потенциальных дефектов оборудования, устранения эксплуатационных неисправностей и восстановления номинальной производительности.
Во-первых, понимаем ключевое понятие гидродинамики — пограничный слой. Согласно теории пограничного слоя Прандтля, когда вязкий поток обтекает поверхность лопасти, вблизи стенки образуется чрезвычайно тонкий слой жидкости.
Вакуум конденсатора является ключевым параметром в тепловом цикле паротурбинных установок. Утечка вакуума представляет собой один из наиболее распространённых видов неисправностей турбин электростанций, возникающий при проникновении внешнего воздуха или неконденсирующихся газов в конденсатор или систему вакуума через зазоры в оборудовании.
Смещение вала — это смещение самого вала. Как правило, изменения осевого смещения незначительны по величине. Когда осевое смещение положительное, вал перемещается в направлении генератора.
Основное давление пара относится к значению давления высокотемпературного и высоконапорного пара, генерируемого котлом до его поступления в паровую турбину; обычно оно измеряется в мегапаскалях (МПа).
В настоящее время глобальная инфраструктура вычислительной мощности ИИ вступает в этап бурного роста, и высокомощное, стабильное электроснабжение стало «спасательным кругом» для вычислительных кластеров.
