汽轮机轴瓦的常见故障与检修措施

摘要：轴瓦作为汽轮机转子的关键支撑部件，长期承受高温、高压以及高速运转的复杂工况，容易出现磨损、裂纹、烧瓦等故障，严重影响机组的安全性与经济性。有鉴于此，本文从汽轮机轴瓦的基本原理与结构着手，深入研究轴瓦的常见故障类型、成因及检修措施，对提高汽轮机运行可靠性、延长设备寿命具有重要意义。

关键词：汽轮机；轴瓦；常见故障；检修措施

轴瓦作为汽轮机的关键部件之一，承受着巨大的轴向和径向负荷。随着技术的发展，汽轮机轴瓦的设计和材料不断更新，然而轴瓦故障问题依然存在。通过对轴瓦故障的深入分析，可以明确故障成因，为检修技术的改进提供依据，进而提高汽轮机的运行可靠性和安全性。研究轴瓦故障的检修技术不仅有助于延长设备的使用寿命，还能降低维护成本，提高整体经济效益。

1 汽轮机轴瓦的基本原理与结构

1.1 汽轮机轴瓦的工作原理

汽轮机轴瓦作为汽轮机重要的组成部分，其工作原理直接影响着整个机组的运行性能。轴瓦主要用于支撑转动的轴，承受轴的重力和动载荷，同时起到减小摩擦、降低磨损的作用。在工作过程中，轴瓦与轴之间形成油膜。油膜的形成依赖于转动轴的运动，汽轮机转子在转动过程中，通过油泵输送到油契的润滑油在转子与轴瓦之间形成一层油膜。此油膜不仅能够有效分隔轴与轴瓦，还能通过流动带走摩擦产生的热量，防止轴瓦过热现象的发生。

1.2 轴瓦材料的选择与性能要求

汽轮机轴瓦根据结构形式和工作特点主要分为椭圆瓦、可倾瓦和推力瓦等类型，不同类型的轴瓦在承载能力、稳定性及适用工况方面各有特点。（1）椭圆瓦。椭圆瓦又称双油楔轴承，其内孔呈椭圆形，上下瓦结合面处留有间隙，使轴颈与轴瓦之间形成两个对称的油楔。这种结构在转子旋转时能产生双向油膜压力，提高轴承的稳定性，有效抑制油膜振荡。椭圆瓦的承载能力较强，适用于中高速汽轮机，但其摩擦损耗相对较大，且对安装对中精度要求较高。（2）可倾瓦。可倾瓦由多个独立瓦块组成，每个瓦块可绕支点自由摆动，自动适应转子运行状态，形成多个动态油楔。这种结构具有优异的抗振性能，能有效避免油膜涡动和振荡，适用于高转速、变负荷工况。可倾瓦的摩擦损失较小，运行稳定性高，但结构复杂，制造成本较高，通常用于大功率汽轮机和燃气轮机。（3）推力瓦。推力瓦主要用于承受轴向载荷，防止转子轴向窜动。其结构包括固定推力瓦和可倾推力瓦两种，瓦面通常采用巴氏合金材料，以增强耐磨性和抗胶合能力。推力瓦在运行中依靠油膜形成润滑，若油膜压力不足或负载过大，可能导致瓦面磨损甚至烧毁。

2 汽轮机轴瓦的常见故障分析

2.1 磨损故障及其成因

（1）均匀磨损，表现为轴瓦表面整体减薄，间隙逐渐增大。

成因：长期运行中的正常磨损，或润滑油清洁度不足导致轻微磨粒磨损。

（2）局部磨损，轴瓦单侧或局部区域磨损严重，可能伴随轴颈划伤。

成因：轴系对中不良、转子动平衡差、轴承座变形或安装误差。

（3）划伤与拉毛，轴瓦表面出现轴向或周向划痕，严重时金属黏着剥落。

成因：润滑油含杂质、轴颈粗糙度超标或瞬间干摩擦。

（4）疲劳剥落，轴瓦表面出现龟裂或合金层剥落。

成因：交变载荷作用（如频繁启停）、油膜压力波动或材料疲劳。

（5）腐蚀磨损，轴瓦表面出现点蚀或化学腐蚀痕迹。

成因：润滑油氧化变质（酸性物质生成）、水分侵入或电化学腐蚀。

（6）烧瓦（熔着磨损），极端情况下轴瓦与轴颈高温黏着，导致合金熔化或烧结。

成因：润滑失效、瞬间过载或冷却不足。

2.2 裂纹与断裂故障及其成因

（1）表面裂纹，轴瓦合金层（如巴氏合金）表面出现网状微裂纹或径向裂纹。

成因：交变载荷导致的疲劳（如频繁启停或负荷波动）；局部过热（润滑不良或冷却失效）。

（2）贯穿性裂纹，裂纹从轴瓦表面延伸至基体金属，甚至完全断裂。

成因：过载冲击（如蒸汽水击、转子卡涩）；轴承座变形或安装应力集中；铸造缺陷（气孔、夹渣）降低强度。

（3）疲劳断裂，裂纹起源于高应力区（如油槽边缘），呈贝壳状扩展。

成因：长期循环应力作用（油膜压力脉动、振动）；轴瓦设计缺陷（过渡圆角不足、应力集中）。

（4）热裂纹，裂纹伴随局部变色（氧化或熔融痕迹）。

成因：瞬间干摩擦导致高温；润滑油中断或冷却失效。

2.3 过热故障及其成因

（1）局部高温点，主要表现为轴瓦某一区域温度明显高于其他部位，常见于进油侧或出油侧。

成因：多由油膜分布不均引起，如润滑油杂质堵塞油孔、轴瓦安装偏斜导致油楔形成不良等。此外，轴瓦表面划伤、巴氏合金局部脱落或异物进入摩擦副，均会造成接触应力集中，形成局部高温点。若未及时处理，高温点可能扩展为合金层熔化的严重故障。

（2）整体温度持续上升，当轴瓦温度全面超过设计允许值（巴氏合金轴瓦通常≤100℃，高分子轴瓦≤120℃），表明润滑系统已出现系统性异常。

成因：供油压力不足、油质劣化、冷却器效率降低等。机械因素同样不可忽视，如轴向推力异常增大（通流部分结垢导致）、轴承负荷分配不均（基础沉降引起对中偏差）等，均会使摩擦热剧增。此类故障发展迅速，需立即降负荷排查。

（3）伴随异常现象的综合过热，严重过热往往伴随润滑油碳化发黑、合金层氧化变色甚至熔化等特征。此时机组通常出现振动值骤升、轴向位移报警等现象，极易触发保护停机。

成因：润滑失效与机械故障叠加，比如油系统断油、推力瓦过载、轴电流腐蚀破坏油膜等。

过热故障具有破坏性，需解体检查转子与轴瓦损伤情况，并系统性排查润滑、冷却及电气绝缘系统。预防措施包括加强油质监测、定期检查油膜压力及优化机组启停曲线等。

2.4 油膜不稳定故障及其成因

（1）振动特征。油膜失稳最典型的表现为半频振动或油膜涡动。这种亚同步振动具有以下特点：振动幅值随负荷或转速变化而波动，相位呈现不稳定性；在升速过程中，当转速达到一阶临界转速的2倍时，容易激发油膜振荡；振动时域波形常呈现"拍振"特征，频谱中除工频分量外，0.3-0.5倍频分量显著。这类振动与转子质量不平衡引起的振动有本质区别，常规动平衡难以消除。

（2）温度波动现象。轴瓦温度呈现周期性波动，波动幅度可达5-15℃，且与振动趋势同步。这是由于油膜厚度周期性变化导致摩擦状态改变所致。温度波动往往先于振动出现，可作为早期预警指标。当油膜完全破裂时，温度会急剧上升，但此时已进入危险状态。

（3）噪声异常特征。轴承部位会产生间歇性轰鸣声或金属摩擦声，声音频率与振动特征频率一致。这种噪声源于油膜周期性形成-破裂过程中引发的流体动力噪声和边界摩擦噪声，是油膜失稳的重要辅助判断依据。

3 汽轮机轴瓦故障的检修技术

3.1 磨损故障的检修方法

（1）轴瓦拆卸与初步检查。轴瓦拆卸是磨损故障检修的首要步骤，需严格遵循规范流程。第一，确认机组完全停机，切断润滑油系统，做好部件标记；第二，拆除上盖，按对角线顺序逐步松开轴承座上盖螺栓，使用专用起吊工具平稳移走上盖；第三，分离下瓦，采用液压顶起螺钉均匀施力，顶升高度控制在0.10-0.15mm范围内，防止突然分离造成轴颈划伤；第四，做好保护措施，拆卸过程中使用紫铜垫片隔离工具与轴颈接触面，全程监控轴颈提升状态。

（2）磨损类型判定

（3）故障修复。表面修复技术是针对已发生磨损的轴瓦进行的修复措施。常见的修复方法有热喷涂、激光熔覆和镀铬等。热喷涂技术通过将金属粉末加热后喷涂在磨损表面，形成一层坚固的保护层。这种方法不仅可以提高轴瓦的耐磨性，还能延长其使用寿命。激光熔覆则利用激光将粉末材料熔化并与基材结合，能够精确控制修复的厚度和形状，适用于复杂的磨损情况。镀铬方法通过电沉积的方式在轴瓦表面镀上一层铬，增强其耐磨性和抗腐蚀性。在磨损严重、修复效果不佳的情况下，更换轴瓦是最终的解决方案。

3.2 裂纹与断裂故障的检修方法

（1）对于可修复的表面裂纹（深度＜1mm且未延伸至结合面），主要采用三种修复工艺：局部补焊修复、激光熔覆和机械加固。局部补焊修复时，首先需用角磨机沿裂纹开60°V型坡口，确保完全暴露裂纹根部，随后采用氧乙炔火焰将修复区域预热至150～200℃以降低焊接应力，根据轴瓦材质选用匹配焊材，采用氩弧焊进行精密补焊，严格控制焊接电流在80-120A范围，焊后立即覆盖石棉毡缓冷以防止热应力裂纹产生。激光熔覆技术特别适用于高精度轴瓦修复，其采用镍基合金粉末作为熔覆材料，在800～1200W功率下进行熔覆，保持30%的搭接率，该技术热影响区可控制在0.5mm以内，熔覆层硬度可达HRC35-42，显著提升耐磨性能。

（2）对于贯穿性裂纹，首先在裂纹两端钻Φ3～5mm止裂孔以阻止裂纹扩展，再采用不锈钢扣合键（波浪键）跨裂纹锁紧，同时配合使用J-611等金属扣合胶填充微裂纹。当裂纹延伸至定位槽或螺栓孔、出现多条放射状裂纹（＞3条）或巴氏合金脱落面积超过15%时，则必须更换新轴瓦，更换后需重新进行接触点检查（≥3点/cm²）和顶隙调整（0.12-0.15%D），确保轴瓦与轴颈的配合精度。在整个检修过程中，需特别注意焊接热输入控制和焊后缓冷工艺，避免产生二次热应力裂纹，对于重要机组轴瓦，修复后还应进行渗透探伤或超声波检测以确认修复质量。

3.3 过热故障的检修方法

（1）进行状态确认与安全隔离，记录过热时的运行参数（油温、油压、振动值等），切断润滑油系统并做好能量隔离。

（2）实施解体检查，按规范拆卸轴承上盖，重点检查轴瓦巴氏合金层颜色变化（正常呈银灰色，过热时发蓝或发黑）、合金熔损情况以及油槽堵塞程度，使用百分表测量轴瓦间隙并与标准值对比。

（3）开展故障根源分析，包括润滑油检测（粘度、水分、颗粒度）、油路系统检查（滤网堵塞、冷却器效率）、轴颈状态评估（圆度、表面粗糙度）以及轴承座对中复测。

（4）根据检查结果采取针对性措施：对于油路问题，清洗油系统并更换合格润滑油；轴瓦表面损伤采用精密刮研修复（接触面积≥60%）；严重过热损伤则更换新轴瓦。

3.4 油膜不稳定故障的检修方法

油膜不稳定故障通常表现为轴瓦与转子之间的油膜厚度波动，导致润滑不良，进而引发摩擦、磨损及过热等问题。检修油膜不稳定故障的关键在于恢复稳定的油膜状态，确保轴瓦正常运行。对于油膜不稳定故障的检修，首先需进行详细的故障诊断。通过分析油温、油压、机油流量等参数，判断油膜的稳定性。使用先进的监测设备，记录运行数据，识别异常波动，确定故障发生的具体时段及影响因素。清洗油路系统是检修过程中的重要环节。沉积在油路中的杂质、污垢或氧化物会影响油的流动性及润滑性能。使用高压清洗设备，配合合适的清洗剂，彻底清除油路内的污染物，确保油的流动通畅。

4 结束语

汽轮机轴瓦的故障诊断与检修是保障机组长期稳定运行的关键环节。通过分析磨损、烧瓦、疲劳裂纹等常见故障的成因，可采取针对性措施，如优化润滑油参数、改进轴瓦材质、规范安装工艺等，有效降低故障率。未来，随着智能监测技术和新型耐磨材料的应用，轴瓦的可靠性将进一步提升。

参考文献：

[1]杨岩.汽轮机组常见故障原因与处理措施分析[J].中国机械，2024，（27）：129-132.

[2]潘航.浅谈汽轮机轴瓦的常见故障及检修技术[J].中国设备工程，2024，（4）：151-153.

[3]郭雅冬.汽轮机轴瓦的常见故障及检修技术分析[J].电工技术，2023，（14）：118-120.

作者简介：杨帆，1992.10.21，性别：男，民族：汉族，籍贯：重庆，职称：中级工程师，学历：本科，学位：学士，主要研究方向：小型汽轮发电机组的安装与检修。