汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)組合裝置故障分析及解決方案

包萬明，王繼武

（雞西熱電公司，黑龍江雞西158100）

公司2號(hào)汽輪機(jī)是由杭汽生產(chǎn)的NG50/40/25型背壓汽輪機(jī)，于1997年安裝后投入使用，運(yùn)行至1999年，開始發(fā)生汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與齒輪箱連接彈性片組件斷裂和齒輪箱內(nèi)部齒輪打齒、軸瓦和軸頸磨損、泵輪損壞等事故。本研究針對(duì)該機(jī)組共性問題，重點(diǎn)討論：齒輪箱安裝和機(jī)組動(dòng)態(tài)對(duì)輪中心良好問題及解決方法。

1 故障現(xiàn)象及特征

1.1 機(jī)組發(fā)生故障前后的狀態(tài)分析

通過多次對(duì)機(jī)組啟動(dòng)過程和正常運(yùn)行狀態(tài)振動(dòng)值檢測(cè)結(jié)果顯示，汽輪機(jī)各軸瓦振動(dòng)數(shù)值合格。噪聲較小，當(dāng)發(fā)現(xiàn)油壓波動(dòng)和噪聲加劇時(shí)，突然發(fā)生疊片組件和連接螺栓斷裂性損壞、箱內(nèi)齒輪打齒，齒面磨損點(diǎn)蝕嚴(yán)重，軸頸磨損，每次事故箱體內(nèi)部所有部件均有不同程度損壞，其中存在的一個(gè)重要特征是每次回裝時(shí)復(fù)查對(duì)輪中心，發(fā)現(xiàn)與安裝時(shí)的中心數(shù)據(jù)變化較大。

以上現(xiàn)象有四個(gè)特征，即：磨損損傷、潤(rùn)滑不良、應(yīng)力損傷、中心變化。

2 故障原因分析

從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和事故現(xiàn)象分析，疊片撓性聯(lián)軸器損壞一般來自兩端連接體中心變化超標(biāo)產(chǎn)生的交變應(yīng)力超過疊片疲勞極限而損傷破壞。齒輪箱內(nèi)部損壞主要原因是自身存在各種損壞因素，同時(shí)齒輪箱各種破壞因素又會(huì)直接或間接破壞聯(lián)軸器對(duì)輪中心狀態(tài)。具體原因有以下幾方面：

2.1 齒輪箱內(nèi)部部件損壞的原因

2.1.1 箱體部件檢測(cè)裝配質(zhì)量的影響

每個(gè)部件的加工質(zhì)量及裝配精度，如齒輪和軸加工工藝標(biāo)準(zhǔn)、齒輪表面熱處理及硬度匹配、齒輪嚙合面積和尺側(cè)間隙測(cè)量檢測(cè)、軸瓦徑向和推力間隙及緊力、三只齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸中心距和平行度、葉輪密封環(huán)間隙和定位緊力、轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡、軸孔和箱體結(jié)合面光潔度及平面度等。都會(huì)影響齒輪箱使用壽命。

2.1.2 潤(rùn)滑油油質(zhì)及潤(rùn)滑方式影響

其一，在頻繁的機(jī)械事故和檢修中產(chǎn)生和帶入大量機(jī)械雜質(zhì)、灰塵雜質(zhì)進(jìn)入油系統(tǒng)。

其二，油循環(huán)倍率偏高，油得不到良好沉淀、散熱和氣泡分離，油箱缺少排煙裝置。

其三，齒輪組潤(rùn)滑油供油方式不合理。

2.2 箱體固定方式及管道應(yīng)力的影響

箱體采用彈性墊圈支撐存在設(shè)計(jì)缺陷。從整機(jī)結(jié)構(gòu)看，主機(jī)前后軸承箱及滑銷系統(tǒng)全部采用彈性墊圈支撐方式來保證隨機(jī)組熱膨脹滑動(dòng)后軸系中心和動(dòng)靜間隙良好。但此支撐方式用于齒輪箱存在諸多問題，一是齒輪箱箱體不受機(jī)組熱膨脹變化的影響，安裝時(shí)需固定銷定位后緊固不動(dòng)，而機(jī)組每次檢修后轉(zhuǎn)子中心發(fā)生變化，銷釘失去作用，箱體只能靠螺栓固定、穩(wěn)定性降低。二是箱體自身剛度低，緊固定螺栓時(shí)墊圈相當(dāng)于支點(diǎn)，特別容易使箱體變形，同時(shí)主油泵連接管道應(yīng)力和運(yùn)行沖擊力產(chǎn)生變形。由此導(dǎo)致箱體內(nèi)部部件裝備間隙變化，破壞了齒輪箱的裝配精度。齒輪副因承受附加的交變應(yīng)力載荷，齒面產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)強(qiáng)度超過材料疲勞極限時(shí)會(huì)產(chǎn)生斷裂。

2.3 導(dǎo)致彈性組件損壞的原因

從疊片組件結(jié)構(gòu)中可以看出，疊壓在一起的不銹鋼彈性片能夠很好地起到傳遞扭矩和緩沖一定的偏心力矩的作用。但如果受到較大中心變化及多種不平衡力等因素的迭加作用下，很容易在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重變形而破壞。

3 解決方案

要想解決這些問題，需要全面分析，綜合考慮，從改進(jìn)原始設(shè)計(jì)、提高各個(gè)安裝環(huán)節(jié)的工藝標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格管理控制潤(rùn)滑油質(zhì)量及廠家裝配工藝要求等幾方面著手。

3.1 提高檢驗(yàn)裝配質(zhì)量

用高精度機(jī)床、設(shè)備對(duì)箱體各結(jié)合面的平面度、粗糙度，軸孔同心度，軸瓦間隙，齒輪嚙合接觸面和間隙，油泵葉輪密封環(huán)間隙，轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡，兩側(cè)對(duì)輪跳動(dòng)度和瓢偏度檢驗(yàn)并調(diào)整修復(fù)合格，調(diào)整和增加齒輪潤(rùn)滑油供油方向和油量，改善齒輪潤(rùn)滑性能，對(duì)輪同步找中，保證齒輪箱良好的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)精度。

3.2 改善潤(rùn)滑油質(zhì)量

3.2.1 油系統(tǒng)改造

因潤(rùn)滑油全部更換費(fèi)用高，改造油箱，增大容積，將潤(rùn)滑油循環(huán)倍率從12降到8，油箱增設(shè)Y6312型排煙機(jī)，出口安裝再循環(huán)，加強(qiáng)油過濾等措施，使?jié)櫥凸ぷ髦械玫捷^充分的沉淀、冷卻、空氣分離和雜質(zhì)排除，油質(zhì)得到明顯改善。

3.2.2 汽封漏氣修復(fù)

在大修中更換了汽封體，但轉(zhuǎn)子上鑲嵌的汽封齒損壞較多，需要返廠更換，因條件限制未能徹底解決，但油中進(jìn)水現(xiàn)象減輕。

3.3 改造箱體固定方式

在主油泵出入口管道上分別加裝DN108/PN10和DN89/PN16膨脹節(jié)裝置和管道支座架，減輕油管道重力、應(yīng)力和流體沖擊力對(duì)箱體的影響。

用精磨的平墊板替換原球面墊圈支撐箱體方式，起到增加箱體與支座接觸面積、消除了對(duì)輪找中心緊固螺栓造成的箱體變形作用，同時(shí)在墊圈下的調(diào)整元件位置增加固定螺栓，使箱體固定強(qiáng)度明顯增加而且不變形，減振性能和穩(wěn)定性能明顯提高，消除了箱體變形對(duì)找中心精度的影響。

3.4 保證彈性環(huán)安裝緊力

彈性環(huán)安裝時(shí)預(yù)加0.03～0.1mm緊力，減輕機(jī)組軸向竄動(dòng)對(duì)彈性片的周期疲勞損傷，延長(zhǎng)彈性片使用壽命。

3.5 調(diào)整油系統(tǒng)載荷分配

將各軸瓦潤(rùn)滑油量和壓力調(diào)整到平衡合理范圍，降低了主油泵工作載荷。檢驗(yàn)射油器，調(diào)整出口，調(diào)節(jié)閥開度，使主油泵入口微正壓，減少汽蝕，降低油泵載荷，提高運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

小型機(jī)組應(yīng)改變潤(rùn)滑油系統(tǒng)的管理觀念，采取有效措施，嚴(yán)格遵循油質(zhì)清潔度的標(biāo)準(zhǔn)，保證油質(zhì)，避免機(jī)組軸磨損事故發(fā)生。

從2008年大修改造實(shí)施上述措施以來，至今未發(fā)生一次停機(jī)事故，計(jì)劃停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，各部件均保持良好，充分證明了改造方案是合理正確的。

［1］曾春華.奇妙的疲勞現(xiàn)象［M］.北京：科學(xué)出版社，1986.