300MW 汽輪機(jī)盤車裝置出現(xiàn)的問題及處理

李勇德，周 麗

（國電開遠(yuǎn)發(fā)電有限公司，云南 開遠(yuǎn) 661600）

盤車裝置是火力發(fā)電機(jī)組，確保汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子安全、減小上下汽缸溫差及沖轉(zhuǎn)力矩的重要裝置，其運行正常與否直接影響機(jī)組的安全運行。某火電廠2×300 MW機(jī)組汽輪機(jī)為N300－16.7/537/537 國產(chǎn)引進(jìn)型中間再熱凝汽式，盤車裝置屬于側(cè)裝式，安裝在低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器旁的軸承座上，能帶動汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以2.51r/min的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動，采用電動機(jī)—鏈輪鏈條—蝸桿渦輪—多級平行軸齒輪—嚙合齒輪（擺動齒輪）結(jié)構(gòu)的傳動減速機(jī)構(gòu)，并采用氣缸—手柄驅(qū)動嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)，以帶動嚙合齒輪（擺動齒輪）來完成嚙合—脫開操作，可實現(xiàn)自動或手動盤車、并在沖轉(zhuǎn)后自動脫開的功能。該盤車裝置投入運行的條件有以下4個：潤滑油壓正常，不低于0.03MPa；頂軸油母管油壓正常，不低于4 MPa；汽輪機(jī)大軸靜止，零轉(zhuǎn)速信號正常；盤車齒輪嚙合到位。該盤車裝置正常啟動方式分為自動和手動2種方式，緊急情況下，為確保汽輪機(jī)大軸的安全，盤車裝置也可采用“緊急啟動”方式。

1 盤車裝置存在的問題

1.1 頂軸油壓建立繼電器的常開觸點時斷時合

某次汽輪機(jī)停運后，在投運盤車的過程中，發(fā)現(xiàn)盤車裝置電機(jī)控制回路中的頂軸油壓建立繼電器（63X/BLD）的常開觸點時斷時合，導(dǎo)致盤車裝置電機(jī)接觸器頻繁分合，使接觸器主觸頭燒損，接觸不良，最終使接觸器A 相主觸頭燒斷，造成電機(jī)缺相，使盤車裝置無法投運。

1.2 盤車齒輪噴油壓力信號異常

汽輪機(jī)盤車投運條件中的潤滑油壓力取自盤車裝置噴油電磁閥后噴油管道處，即把盤車齒輪噴油壓力作為投運條件中的潤滑油壓力。曾經(jīng)出現(xiàn)過汽輪機(jī)軸承潤滑油進(jìn)油母管油壓正常，且在0.1 MPa以上，但盤車齒輪噴油壓力仍然不正常的情況，導(dǎo)致盤車裝置因投運條件不滿足而拒投及運行中跳閘，降低了盤車裝置運行的可靠性。直接影響到汽輪機(jī)組的及時啟動（廠家規(guī)定，汽輪機(jī)組啟動前，需要連續(xù)盤車至少2～4h，熱態(tài)啟動時連續(xù)盤車不少于4 h）。特別是在熱態(tài)停機(jī)時，若盤車無法及時投入運行，會威脅到熱態(tài)停機(jī)后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的安全。

1.3 汽輪機(jī)大軸突然停轉(zhuǎn)

某次機(jī)組冷態(tài)啟動前，出現(xiàn)了汽輪機(jī)大軸正常盤車一段時間后，大軸停轉(zhuǎn)而盤車裝置電機(jī)仍正常運行的現(xiàn)象。此時盤車裝置電機(jī)處于空載運行狀態(tài)，但在集控室DCS畫面上仍然顯示盤車裝置處于正常運行狀態(tài)，且由于盤車電機(jī)空載和負(fù)載時運行電流值相差無幾，極易給運行人員造成汽輪機(jī)大軸仍處于正常盤車狀態(tài)的錯覺，如果就地檢查汽輪機(jī)大軸盤車情況時出現(xiàn)疏忽，在汽輪機(jī)熱態(tài)停運后，會釀成汽輪機(jī)大軸彎曲的重大事故。

2 原因分析及排查

2.1 頂軸油壓取壓口位置設(shè)置不合理

該汽輪機(jī)配置兩套頂軸油泵，并聯(lián)安裝，一用一備。盤車裝置頂軸油壓的取壓口從2號頂軸油泵出口角式截止閥后φ42mm 的水平管道上引出，經(jīng)導(dǎo)壓信號管及針型隔離門，進(jìn)入頂軸油壓力開關(guān)（壓力開關(guān)的整定值設(shè)定不低于4 MPa）。當(dāng)頂軸油壓在4 MPa及以上時，壓力開關(guān)觸點閉合，將油壓正常的信號送至頂軸油壓建立繼電器（63X/BLD），再通過該繼電器將油壓正常的信號送至盤車電機(jī)控制回路中。

1、2號頂軸油泵外徑φ42mm 的出口支管均匯入一根φ108 mm 的供油母管（兼頂軸油管分配集箱），由于管道內(nèi)部是聯(lián)通的潤滑油幾乎是不可壓縮的，通常理解為支管與母管內(nèi)部壓力是一致的。從同一取壓口引接安裝的不銹鋼耐振壓力表，管內(nèi)有壓力時指針小范圍來回擺動，通常理解為正常的擺動。若基于上述理解，頂軸油壓取壓點的位置因素往往就被忽略了。實際上，頂軸油泵是泵體內(nèi)有7個柱塞的軸向柱塞泵。軸向柱塞泵有一個顯著特點是油泵工作時，泵出口存在流量的脈動，流量脈動又將引起壓力的脈動，即流量脈動和壓力脈動并存，所以，頂軸油壓力開關(guān)從靠近2號頂軸油泵的出口管道上取壓是受壓力脈動影響的。此外，取壓口位于2號頂軸油泵出口角式截止閥后外徑φ42mm 的管道上，取壓口前面距角式截止閥約245mm，后面距該管道彎頭約160 mm，高壓高速的油流經(jīng)角式截止閥改變流速、流向后，通過總長約405mm 的短直管又要經(jīng)過彎頭，形成渦流的概率非常大，導(dǎo)致頂軸油壓信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)了上面所提到的盤車電機(jī)控制回路中頂軸油壓建立繼電器（63X/BLD）的常開觸點時斷時合的情況，取壓點布置點不合理，是造成常開觸點時斷時合的主要原因。

2.2 潤滑油壓力取壓口位置設(shè)置不合理

盤車齒輪噴油管從汽輪機(jī)4號軸承進(jìn)油母管引出（見圖1），“潤滑油壓力”信號取壓口位于盤車齒輪噴油電磁閥后的管道上，一旦開始向盤車齒輪及汽輪機(jī)大軸齒輪噴油，因為噴油管內(nèi)油已經(jīng)泄出，加之噴油管道內(nèi)存在一定的流動阻力損失，噴油壓力開關(guān)檢測到的壓力很低，當(dāng)?shù)陀?.03 MPa時，盤車裝置投運的條件就不能滿足，引起盤車裝置不能及時投運或者運行中跳閘停運。此外，若噴油電磁閥故障，無法打開或開度不夠，也會使噴油管道內(nèi)無壓力或壓力很低，導(dǎo)致壓力開關(guān)檢測不到壓力，是盤車齒輪噴油壓力信號異常的主要原因。

2.3 嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)故障

針對某次機(jī)組冷態(tài)啟動前，在汽輪機(jī)盤車過程中，盤車裝置電機(jī)正常轉(zhuǎn)動而汽輪機(jī)大軸停止轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象，檢修人員進(jìn)行了詳查。發(fā)現(xiàn)盤車裝置嚙合操縱機(jī)構(gòu)氣缸活塞桿嚙合—脫開行程約97mm，符合廠家圖紙上約96mm 的要求。檢查盤車裝置嚙合操縱桿嚙合開關(guān)安裝穩(wěn)固無滑移，嚙合到位信號發(fā)出也正常，操縱桿各拉桿、轉(zhuǎn)軸正常，檢查盤車控制回路其余各部分正常，盤車裝置投運條件都滿足。據(jù)此，判斷為盤車裝置內(nèi)部機(jī)械故障。

圖1 潤滑油壓信號管、齒輪噴油管改造前示意圖

揭開汽輪機(jī)4號軸承箱蓋檢查，發(fā)現(xiàn)盤車嚙合齒輪（擺動齒輪）已經(jīng)與汽輪機(jī)大軸齒輪脫開，且汽輪機(jī)大軸齒輪（大齒輪）部分齒尖頂部整體有深約1.5mm、寬約5mm 的損傷。吊出盤車裝置，檢查發(fā)現(xiàn)嚙合齒輪（擺動齒輪）部分齒尖頂部有輕微損傷，其余各零部件外觀完好、間隙值符合質(zhì)量要求。來回拉動盤車嚙合操縱桿，能帶動嚙合板及嚙合齒輪進(jìn)行正常嚙合—脫開操作。經(jīng)反復(fù)排查，發(fā)現(xiàn)盤車嚙合操縱桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的角度與操縱桿的動作角度有偏差，解體操縱桿轉(zhuǎn)軸部套，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與操縱桿輪轂之間的平鍵已經(jīng)被剪切斷裂，轉(zhuǎn)軸鍵槽及操作桿輪轂鍵槽均有不同程度壓潰的缺陷。由此可推斷，盡管盤車嚙合操縱桿轉(zhuǎn)軸及其輪轂之間的平鍵被剪切斷裂，但平鍵的兩斷面是粗糙的，斷面之間存在摩擦力，其能在空負(fù)荷下帶動盤車裝置嚙合齒輪（擺動齒輪）進(jìn)行力矩較小的正常嚙合—脫開操作，而當(dāng)盤車嚙合齒輪與汽輪機(jī)大軸齒輪進(jìn)行嚙合時，由于齒輪間的碰撞、抵觸等因素存在，此摩擦力不足以使兩齒輪真正嚙合到位而處于半嚙合狀態(tài)。所以，盤車裝置帶動汽輪機(jī)大軸轉(zhuǎn)動一段時間后，盤車嚙合齒輪與汽輪機(jī)大軸齒輪脫開，大軸停止轉(zhuǎn)動，而盤車電機(jī)仍運行正常。

3 處理對策

3.1 改變頂軸油壓取壓口位置

將頂軸油壓取壓口由2 號頂軸油泵出口外徑φ42mm 的支管上移位到外徑φ108 mm 供油母管上。兩臺頂軸油泵出口支管后水平布置長2 100 mm、外徑φ108mm 的供油母管（兼頂軸油管分配集箱），頂軸油泵出口支管分別從供油母管兩端距母管端部約240mm 處底部接入，而從供油母管中部均分出五路頂軸油管，供汽輪發(fā)電機(jī)3、4、5、6號軸承頂軸用。相當(dāng)于供油母管兩端各有長約210mm 的盲管，該盲管能有效降低軸向柱塞泵工作中出口油壓的脈動，此外，外徑φ108mm 的母管相當(dāng)于在頂軸油泵出口設(shè)置了緩沖罐，也有利于緩沖管內(nèi)的壓力脈動，所以，將頂軸油壓取壓口由2號頂軸油泵出口外徑φ42mm 的支管上移位到外徑φ108 mm 母管上，理論上是可行的。而且只需進(jìn)行取壓口的移位及部分導(dǎo)壓信號管的改造即可。頂軸油壓取壓口改造前、后位置示意圖見圖2，圖中尺寸單位為mm。

3.2 改變潤滑油壓取壓口位置及完善噴油管道

圖2 頂軸油壓取壓口改造前、后位置示意圖

噴油電磁閥前的噴油管道很短，且離軸承室壁面很近，空間狹窄，無法進(jìn)行取壓口的開孔作業(yè)。故從汽輪機(jī)4號軸承進(jìn)油母管上直接取壓，加裝隔離門后，接入原噴油壓力控制回路，替換原盤車噴油壓力信號，作為新的潤滑油壓信號，并將潤滑油壓力開關(guān)的整定值設(shè)定不低于0.03 MPa，如低于該壓力值，盤車裝置跳閘或拒投。同時，與潤滑油壓力開關(guān)并聯(lián)加裝一塊就地壓力表，便于觀察潤滑油壓力。

此外，為提高向盤車齒輪及汽輪機(jī)大軸齒輪噴油的可靠性，在噴油電磁閥旁并聯(lián)安裝一手動旁路門，當(dāng)噴油電磁閥故障無法開啟時，打開手動旁路門，可及時向齒輪噴油進(jìn)行潤滑、冷卻；為便于觀察就地噴油管道壓力，在噴油電磁閥后的管道上加裝壓力表。改造后示意圖見圖3。

改造后，在需要投運盤車裝置時，由運行人員先查看噴油壓力表的油壓指示情況，確認(rèn)正常后再根據(jù)需要自動投運盤車或手動投運盤車。

3.3 修復(fù)盤車裝置嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)部件

針對盤車裝置嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)故障，即嚙合操縱桿轉(zhuǎn)軸與操縱桿輪轂之間的平鍵剪切斷裂，以及鍵槽均有不同程度壓潰的缺陷，采取增大轉(zhuǎn)軸及操作桿的鍵槽加工尺寸，重新加工同材質(zhì)新平鍵并更換的措施。

盤車嚙合操縱桿轉(zhuǎn)軸處平鍵被剪切斷裂、鍵槽壓潰，以及齒輪齒尖損傷，是由于盤車裝置嚙合齒輪與汽輪機(jī)大軸齒輪嚙合過程中齒尖相互碰撞所導(dǎo)致的，齒尖碰撞是不可避免的。盡管盤車嚙合操縱桿轉(zhuǎn)軸處平鍵被剪切斷裂、鍵槽壓潰，但因為盤車裝置傳動減速機(jī)構(gòu)的修復(fù)難度、修復(fù)工作量通常比修復(fù)嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)大得多，從機(jī)械設(shè)計安全角度來看，應(yīng)保護(hù)盤車裝置傳動減速機(jī)構(gòu)各重要零部件在齒輪齒尖碰撞時不受到嚴(yán)重傷害，所以，不宜增加盤車裝置嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)各部件的強(qiáng)度以應(yīng)對碰撞。但是又需要確保嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)工作正常、可靠，根據(jù)機(jī)組投產(chǎn)以來首次出現(xiàn)盤車裝置嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)故障的情況，制定了每三年必須全面解體檢查盤車裝置嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)的制度，以確保能及時發(fā)現(xiàn)盤車裝置嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)各部件的缺陷并進(jìn)行維修，確保盤車裝置安全可靠。

圖3 潤滑油壓信號管、齒輪噴油管改造后示意圖

4 改造效果

a.將頂軸油壓取壓口移位到頂軸油泵出口供油母管上以后，再未出現(xiàn)過因頂軸油壓波動，導(dǎo)致盤車裝置控制回路頂軸油壓信號不穩(wěn)定，使頂軸油壓建立繼電器（63X/BLD）的常開觸點時斷時合的異?，F(xiàn)象，提高了盤車裝置的運行可靠性。

b.從汽機(jī)4號軸承進(jìn)油母管上取壓、替換原噴油壓力信號后，再未出現(xiàn)過盤車裝置因潤滑油壓低而投運不了或投運后跳閘的情況。此外，加裝了就地噴油壓力表后，就能更直觀地檢查噴油壓力，以判斷盤車嚙合齒輪及汽輪機(jī)大軸齒輪的冷卻、潤滑情況。通過此次改造，提高了盤車裝置運行的可靠性和熱態(tài)停機(jī)后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的安全性。

c.將盤車裝置嚙合操縱桿轉(zhuǎn)軸及操作桿鍵槽加工尺寸增大、以及重新加工新平鍵并更換裝配后，盤車裝置運行正常。通過建立定期檢修盤車裝置嚙合操縱連桿機(jī)構(gòu)的制度，確保能及時發(fā)現(xiàn)、處理缺陷，保證了盤車裝置齒輪的正常嚙合與脫開，提高了盤車裝置運行的可靠性和熱態(tài)停機(jī)后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的安全性。