事故透平機(jī)組嚙合原理及試車方案

黃 聰，肖寶光，姚圣兵，唐福鴻

（1.中國石油廣西石化公司生產(chǎn)四部，廣西 欽州 535008；2.中國石油大慶石化公司塑料廠，黑龍江 大慶 163714）

1 事故透平機(jī)組工藝功能簡介

正常生產(chǎn)時(shí)，氣相法流化床反應(yīng)器由離心壓縮機(jī)保持流化狀態(tài)，催化劑持續(xù)地注入促使聚合反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)聚合物間歇性地排出。典型事故如壓縮機(jī)斷電的狀態(tài)下，最優(yōu)的終止反應(yīng)的方式是：維持短時(shí)間的流化狀態(tài)，注入終止劑，使終止劑在床層中均勻分布，終止聚合反應(yīng)，避免在非流化狀態(tài)下劇烈反應(yīng)而結(jié)塊（終止劑為一氧化碳，其作用是使催化劑失活并抑制反應(yīng)）。事故透平機(jī)組的作用便是在壓縮機(jī)將要停轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，反應(yīng)器排放氣驅(qū)動(dòng)透平機(jī)，通過自動(dòng)同步離合器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及壓縮機(jī)，在較低的循環(huán)氣速下將一氧化碳均勻地分布于反應(yīng)床。事故透平機(jī)組結(jié)構(gòu)布置見示意圖1。

2 自動(dòng)同步離合器功能及特點(diǎn)

2.1 離合器功能

如圖1所示，自動(dòng)同步離合器安裝于驅(qū)動(dòng)機(jī)（膨脹式透平）和工作機(jī)（連接著電機(jī)的壓縮機(jī)）之間。正常操作時(shí)，壓縮機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，透平靜止，離合器處于脫離狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)斷電，反應(yīng)終止程序執(zhí)行，邏輯自動(dòng)打開排氣閥驅(qū)動(dòng)透平，透平轉(zhuǎn)速增加，電機(jī)和壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)兩者速度相等時(shí)，離合器自動(dòng)嚙合，透平驅(qū)動(dòng) 電機(jī)及壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)排放氣減少或中斷，透平的轉(zhuǎn)速小于電機(jī)和壓縮機(jī)時(shí)，離合器自動(dòng)脫離。

圖1 事故透平機(jī)組結(jié)構(gòu)布置圖

2.2 SSS型（自動(dòng)同步）離合器基本原理

一般SSS型離合器中，滑動(dòng)套通過螺旋齒與輸入軸連接，一端安裝有離合器齒輪，一端安裝有棘輪，輸出軸上安裝有棘爪和離合器齒輪。當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)塊隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，直到輸入軸轉(zhuǎn)速大于輸出軸，棘輪齒與棘爪接觸，滑動(dòng)塊受制動(dòng)的扭矩作用，產(chǎn)生軸向力沿螺旋齒向輸出軸移動(dòng)，直到離合器齒輪完全嚙合，棘爪卸載，軸向力消失。當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速降低小于輸出軸轉(zhuǎn)速時(shí)，滑動(dòng)塊所受扭矩相反，產(chǎn)生軸向力沿螺旋齒向遠(yuǎn)離輸出軸方向移動(dòng)，直到回到完全脫開位置。

2.2 SSS型SL19313B離合器特點(diǎn)

本機(jī)組采用SL19313B離合器，配置兩級(jí)棘爪棘輪機(jī)構(gòu)，其作用是在低速和高速狀態(tài)下都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)嚙合，并在輸出端轉(zhuǎn)動(dòng) 輸入端靜止的狀態(tài)下避免棘爪棘輪接觸，實(shí)現(xiàn)精確控制。

該系列離合器特點(diǎn)：（1）一級(jí)棘爪安裝于輸出軸，受彈簧向心力和離心力作用；一級(jí)棘輪與滑動(dòng)套驅(qū) 動(dòng)齒輪整體制造。二級(jí)棘爪安裝于滑動(dòng)套（滑動(dòng)套與輸入軸螺旋齒連接），無彈簧，受離心力和油膜壓力作用；二級(jí)棘輪與輸出軸整體制造。

（2）一級(jí)棘爪在低速時(shí)激發(fā)離合器嚙合，在輸出軸轉(zhuǎn)速大于500r·min-1時(shí)，離心力將克服向心彈簧力，棘爪失效，無法彈出。

（3）二級(jí)棘爪在高速時(shí)激發(fā)離合器嚙合（大于500r·min-1）。當(dāng)輸出軸和輸入軸速度差較大時(shí)，或輸入端轉(zhuǎn)速低時(shí)，棘爪棘輪之間的油膜壓力作用克服離心力，棘爪失效，避免了棘爪棘輪相接觸；當(dāng)輸出軸和輸入軸速度接近且輸入軸轉(zhuǎn)速高時(shí)，油膜壓力減小，離心力克服油膜壓力，棘爪激活彈出。

因此，在輸出軸高速旋轉(zhuǎn)，輸入軸靜止或低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩級(jí)棘爪都失效無法彈出；低速狀態(tài)下，二級(jí)棘爪失效，當(dāng)輸入軸速度大于輸出軸速度，一級(jí)棘爪激活離合器嚙合；高速狀態(tài)下，一級(jí)棘爪失效，當(dāng)輸入軸速度大于輸出軸速度，二級(jí)棘爪激活離合器嚙合。

3 透平停機(jī)邏輯

3.1 基本停機(jī)邏輯

透平停機(jī)通過邏輯關(guān)閉透平進(jìn)氣閥（即反應(yīng)器向透平機(jī)入口的排放閥）實(shí)現(xiàn)，主要有3種類型：

（1）超速保護(hù)。透平高于1650r·min-1時(shí)停機(jī)，以防止高速旋轉(zhuǎn)帶來的機(jī)械傷害或工藝氣泄漏。

（2）機(jī)械保護(hù)。在離合器嚙合，透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，機(jī)組發(fā)生振動(dòng)、溫度、油壓等機(jī)械故障時(shí)停機(jī)。

（3）功能失敗停機(jī)。反應(yīng)終止邏輯啟動(dòng)15s如果透平轉(zhuǎn)速達(dá)不到300r·min-1，則認(rèn)為該類型終止功能失敗，無法使一氧化碳終止劑均勻分布，透平停機(jī)，邏輯轉(zhuǎn)而觸發(fā)另一類型終止程序。

3.2 超速停車的緊急切斷保護(hù)

上述超速保護(hù)中，采用DCS的速度監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超速停車功能，但由于DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和反應(yīng)頻率的限制，不足以及時(shí)實(shí)現(xiàn)緊急切斷驅(qū)動(dòng)氣源達(dá)到超速保護(hù)的目的。

機(jī)組另外配置有一套由UPS驅(qū)動(dòng)的電子超速保護(hù)系統(tǒng)，在透平入口組安裝有緊急切斷閥，當(dāng)透平測(cè)速探頭檢測(cè)到超速信號(hào)時(shí)（探頭3選2），電磁閥驅(qū) 動(dòng)器緊急關(guān)閉切斷閥，切斷氣源。因?yàn)橥钙綑C(jī)組不需要實(shí)現(xiàn)精確的速度控制，該閥門只作為超速保護(hù)，沒有調(diào)節(jié)氣量功能。

4 機(jī)組試車方案要點(diǎn)

基于事故透平機(jī)組的工藝功能、離合器嚙合原理、停機(jī)邏輯，得出試車方案要點(diǎn)。

4.1 工藝條件

選擇在反應(yīng)器置換時(shí)的氮?dú)猸h(huán)境條件下，壓力與溫度正常生產(chǎn)條件相近。

4.2 邏輯測(cè)試

需要完成機(jī)組所有邏輯的測(cè)試，重點(diǎn)是超速保護(hù)系統(tǒng)的測(cè)試。用計(jì)算機(jī)信號(hào)發(fā)生器和電子超速系統(tǒng)連接，通過速度傳感器給出模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。

4.3 試車關(guān)鍵步驟

（1）在壓縮機(jī)機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試開關(guān)打開透平進(jìn)氣閥，通過調(diào)整氣量調(diào)整透平轉(zhuǎn)速，監(jiān)測(cè)透平軸頭泵油壓是否正常；

（2）將透平轉(zhuǎn)速調(diào)整到稍大于1500r·min-1（壓縮機(jī)正常轉(zhuǎn)速是1500r·min-1，透平超速跳車保護(hù)值是1650r·min-1），監(jiān)測(cè)離合器位置開關(guān)發(fā)出嚙合信號(hào)，透平機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)電流下降；

（3）將透平轉(zhuǎn)速調(diào)整到稍小于1500r·min-1，離合器嚙合信號(hào)消失，電機(jī)電流恢復(fù)正常；停電機(jī)，電機(jī)和壓縮機(jī)速度下降，低于透平轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器嚙合信號(hào)發(fā)出；

（4）調(diào)整氣量維持機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)5～10min，監(jiān)測(cè)透平和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速匹配情況和離合器嚙合信號(hào)相對(duì)應(yīng)的情況；

（5）逐漸減少進(jìn)氣量，透平轉(zhuǎn)速下降，低于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器嚙合信號(hào)消失。關(guān)閉進(jìn)氣閥，完成機(jī)組試車。

5 結(jié)語

在實(shí)際試車中，通過監(jiān)控機(jī)組不同狀態(tài)下的關(guān)鍵特征，確保了機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)及設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。