盤車提前嚙合故障原因分析及處理措施

張軍

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州 516082）

盤車提前嚙合故障原因分析及處理措施

張軍

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州 516082）

針對某機(jī)組盤車未給信號卻自動嚙合的故障，通過分析盤車的結(jié)構(gòu)以及動作原理，從控制、機(jī)械兩方面進(jìn)行分析，找出了故障原因并提出了處理措施。

盤車；齒輪；搖柄；襯套

0 引言

某機(jī)組大修后，盤車時經(jīng)常出現(xiàn)該現(xiàn)象：當(dāng)控制模塊只給出盤車電機(jī)點動信號時，靜止的盤車手動操縱桿隨即由脫扣位置向嚙合位置動作，并且在嚙合位置傳出清晰的盤車齒輪與主機(jī)大軸齒輪的碰撞聲，之后手動操縱桿又往脫扣方向倒回但卻回不到原始脫扣位置。在盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降為零時，盤車按照設(shè)定邏輯又開始與大軸齒輪正常嚙合。該意外動作導(dǎo)致盤車經(jīng)常自投不成功，嚴(yán)重影響主機(jī)安全。

1 盤車簡介

該機(jī)組盤車裝置安裝在低壓缸和發(fā)電機(jī)之間，為氣動操縱擺動齒輪切向嚙入式自動低速盤車，具備氣動驅(qū)動嚙合和自動脫扣的功能，主要由盤車電機(jī)、驅(qū)動組件、傳動齒輪、嚙合齒輪、限位裝置等組成。盤車裝置的驅(qū)動組件正常情況下由儀用壓縮空氣驅(qū)動，其氣動嚙合缸的連桿與手動操縱桿相連，在氣源異常時可通過手動操作實現(xiàn)盤車裝置的嚙合和脫開（如圖1所示）。

圖1 盤車結(jié)構(gòu)

盤車正常投運邏輯為：大軸轉(zhuǎn)速小于1 r／min時，控制模塊發(fā)出盤車電機(jī)點動信號，即電機(jī)帶電1 s后隨即斷電自由降速。約10 s后，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低時，控制模塊給出氣動電磁閥嚙合帶電信號，氣動電磁閥打開，儀用壓縮空氣進(jìn)入氣缸嚙合側(cè)，氣缸活塞向嚙合側(cè)方向動作，推動盤車內(nèi)連桿向大軸齒輪方向前進(jìn)。若盤車齒輪與主機(jī)大軸齒輪嚙合到位，則將盤車嚙合成功信號反饋給控制系統(tǒng)，表示盤車自投成功，開始維持大軸3 r／min狀態(tài)運轉(zhuǎn)；如首次嚙合不成功則重復(fù)上述動作2次，如2次自投仍不成功則將“自投失敗”信號反饋至分散控制系統(tǒng)（DCS）。

盤車是主機(jī)非常重要的附屬設(shè)備，帶動機(jī)組轉(zhuǎn)子以3 r／min的轉(zhuǎn)速保持旋轉(zhuǎn)，其主要作用可以歸納為以下幾點。

（1）避免機(jī)組停機(jī)后燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)因冷卻不均勻引起轉(zhuǎn)子變形，防止轉(zhuǎn)子受熱不均發(fā)生彎曲。

（2）盤車帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使汽室蒸汽受到良好的攪拌，以保證各部件均勻冷卻。

（3）機(jī)組啟動前，可減小機(jī)組啟動時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣性力，同時避免因靜止?fàn)顟B(tài)下突然升速摩擦力太大而損傷軸承。

（4）避免機(jī)組啟動前因閥門漏汽和軸封送汽等原因造成的溫差使轉(zhuǎn)子彎曲。

（5）機(jī)組大小修后，通過盤車進(jìn)行機(jī)械檢查，以確認(rèn)機(jī)組是否存在動、靜摩擦，主軸彎曲變形是否正常等。

（6）較長時間的連續(xù)盤車還可消除因機(jī)組長期停運和存放等原因引起的非永久性彎曲。

2 故障排除

盤車與主機(jī)大軸齒輪嚙合原理：氣動電磁閥動作后，壓縮空氣推動氣缸活塞移動，活塞帶動連桿動作。因嚙合主機(jī)大軸齒輪No.1齒輪（如圖2所示）通過襯套固定在轉(zhuǎn)軸上，該轉(zhuǎn)軸又通過襯套及定位螺栓固定在搖柄側(cè)板上，而連桿又固定在搖柄側(cè)板上，因此，當(dāng)連桿帶動搖柄移動時，No.1齒輪同步動作，進(jìn)而與主機(jī)大軸齒輪嚙合或脫扣。

圖2 盤車齒輪嚙合示意圖

依據(jù)上述嚙合原理對本文所述故障進(jìn)行排查。

（1）檢查氣動電磁閥的控制邏輯，閥門動作時間是否有誤。該邏輯與其余機(jī)組一致，未發(fā)現(xiàn)異常。

（2）拆解氣動電磁閥，檢查電磁線圈是否工作異常、閥體是否損壞。檢查后并未發(fā)現(xiàn)異常，該缺陷排除。

（3）檢查氣缸是否工作異常。

當(dāng)上述原因排除后，排查重點開始轉(zhuǎn)向盤車法蘭下部機(jī)械部分。

拆除氣缸壓縮空氣進(jìn)氣管，點動盤車，觀察手動操作桿動作情況，手動操作桿依然出現(xiàn)了嚙合動作，于是，排除氣源控制方面出現(xiàn)故障的可能，轉(zhuǎn)而從機(jī)械方面著手。

3 故障原因確認(rèn)

斷開氣缸氣源后，正常情況連桿不應(yīng)該動作。但在點動盤車情況下，No.1齒輪隨即往嚙合方向前進(jìn)，因此，找出No.1齒輪嚙合外力的來源是關(guān)鍵。

盤車驅(qū)動原理：盤車電機(jī)（980.0 r／min）帶動鏈條轉(zhuǎn)動（980.0 r／min），鏈條帶動蝸桿轉(zhuǎn)動（714.3 r／min），蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動（39.7 r／min），蝸輪帶動No.5齒輪轉(zhuǎn)動（39.7 r／min），No.5齒輪帶動No.4齒輪轉(zhuǎn)動（18.7 r／min），No.4齒輪帶動No.3齒輪轉(zhuǎn)動（13.7 r／min），No.3齒輪帶動No.2齒輪轉(zhuǎn)動（13.7 r／min），No.2齒輪帶動No.1齒輪轉(zhuǎn)動（12.2 r／min），No.1齒輪與大軸嚙合并維持大軸以3.0 r／min狀態(tài)運行。

根據(jù)上述驅(qū)動原理，No.3齒輪與No.2齒輪是同軸的，當(dāng)No.3齒輪轉(zhuǎn)動時，通過齒輪軸帶動No.2齒輪轉(zhuǎn)動。No.2齒輪軸通過襯套（襯套為DU材質(zhì)，屬于復(fù)合材料，耐磨、耐高溫）與搖柄配合，配合間隙為0.025～0.245mm。當(dāng)齒輪軸與襯套間隙小于0.025mm時，No.2齒輪一轉(zhuǎn)動，襯套與軸就有可能發(fā)生對磨，對搖柄就會有一個嚙合方向的作用力（襯套與搖柄為過盈配合）。襯套與軸對磨后，惡性循環(huán)，間隙越來越小，兩者間作用力卻越來越大，直到最后引起搖柄往前推，進(jìn)而帶動連桿、氣缸等一起動作。

盤車點動瞬間，No.1齒輪轉(zhuǎn)速為2.6 r／min，搖柄因為襯套作用力而往前嚙合，隨即碰到了機(jī)組大軸齒輪，因此盤車內(nèi)部傳出清晰的碰撞聲。因為No.1齒輪轉(zhuǎn)速過快，即使No.1齒輪與主機(jī)大軸齒輪正好公、母對位正確，也很難一步嚙合成功，絕大多數(shù)都是兩者因徑向碰撞而彈回，因此，手動操作桿重新又往脫扣位置倒回。

盤車吊出后，按住搖柄，給之一個與嚙合反方向的作用力，手動盤車，可以觀察到手動操作桿并未同時擺動，證實上述故障分析觀點正確。

4 盤車未給信號卻提前嚙合帶來的影響

（1）邏輯上盤車在點動電機(jī)后10 s左右打開氣動電磁閥，No.1齒輪送出，這樣設(shè)置的原因是：確認(rèn)電機(jī)的正常運轉(zhuǎn)，以及盤車內(nèi)部包括齒輪、蝸桿、蝸輪、鏈條等部件正常轉(zhuǎn)動；盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速正常值為980 r／min，對應(yīng)No.1齒輪轉(zhuǎn)速為2.6 r／min，10 s后電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸減小，No.1齒輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)減小，此時低轉(zhuǎn)速的No.1齒輪與主機(jī)大軸齒輪兩者間切向力最小，且公、母齒嚙合到位后也不容易松脫，盤車自投成功率較高。但是，盤車點動瞬間，No.1齒輪也同時送出，此時No.1齒輪轉(zhuǎn)速最高，切向力最大，對齒的傷害最大，頻繁的沖撞對其余齒輪組、搖柄固定螺栓等影響很大，嚴(yán)重影響盤車的可靠性。

（2）由于No.1齒輪與主機(jī)大軸齒輪頻繁相對高轉(zhuǎn)速、大切向力碰撞，不可避免地會產(chǎn)生大小不等的齒輪碎渣，掉入潤滑油箱后影響潤滑油品質(zhì)。

（3）No.1齒輪提前送出后又倒回，但因為No.2齒輪與襯套間隙變小存在阻力，盤車手動操縱桿又無法回到原始脫扣位置，邏輯上無法給出準(zhǔn)確脫扣信號，影響盤車的正常自投。

5 大軸與襯套間隙變小的原因

（1）油質(zhì)不合格。潤滑油中存在細(xì)小顆粒，隨著運行時間的加長，細(xì)小顆粒有可能長時間附著在襯套或大軸上，經(jīng)過長時間擠壓，最終固化，進(jìn)而造成局部間隙減小。

（2）襯套出現(xiàn)物理損傷，如龜裂、折皺等，當(dāng)出現(xiàn)上述缺陷時，局部必將發(fā)生變形，導(dǎo)致運行中襯套與齒輪軸配合間隙超標(biāo)。

（3）襯套與齒輪軸安裝尺寸欠佳。

（4）齒輪軸因運行時間過長出現(xiàn)物理變形，產(chǎn)生彎曲，與襯套配合間隙超標(biāo)。

（5）搖柄定位螺栓松動，搖柄位移擺動過大，進(jìn)而影響與之配合的襯套與齒輪軸之間的配合間隙。

6 處理措施

（1）吊出盤車，首先宏觀檢查盤車底部油質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)存有少許細(xì)小金屬顆粒，初步判斷可能為DU襯套磨損產(chǎn)生的粉末。

（2）著色探傷（PT）檢查各齒輪齒根碰磨情況，尤其是主機(jī)大軸齒輪與No.1齒輪齒頂、齒根的接觸情況。檢查發(fā)現(xiàn)No.1齒輪有2處齒頂出現(xiàn)輕微局部脫落現(xiàn)象，齒輪的各個部位PT檢查后并未發(fā)現(xiàn)裂紋，硬度也達(dá)標(biāo)，齒輪沒有出現(xiàn)變形等缺陷，還可繼續(xù)使用。

（3）檢查搖柄螺栓是否存在松動。

（4）拆出齒輪組，檢查No.2齒輪與配合襯套的受損情況?？紤]到運行期間的熱脹冷縮，安裝時襯套與大軸的配合間隙應(yīng)為0.10～0.20mm，如間隙偏小，則輕微修刮襯套內(nèi)表面，如間隙超出上限，應(yīng)更換新品。

（5）檢查其余齒輪襯套運行情況，觀察是否有磨損、刮花、變形等缺陷，如有缺陷立即更換。

（6）測量各齒輪軸是否有彎曲、變形等缺陷，各齒輪與襯套配合、齒輪鍵與鍵槽的配合均應(yīng)符合廠家設(shè)計要求。

（7）上緊盤車所有螺栓，用面粉清理齒輪油箱每個角落。

（8）復(fù)裝盤車，用紅丹粉或塞尺檢驗No.1齒輪與主機(jī)大軸齒與齒的接觸情況。紅丹粉檢驗要求：每對主動、從動齒輪齒與齒之間的嚙合高度不小于總齒高的2／3；塞尺檢測要求：沿著齒輪圓周相隔90°角用0.10mm塞尺測量主動、從動齒輪齒與齒之間的間隙，不入為合格。

（9）加強(qiáng)油品檢測，加強(qiáng)潤滑油在線凈化功能。

［1］廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司.大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備與運行：機(jī)務(wù)分冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

［2］金曉剛.MPCP1（M701F）聯(lián)合循環(huán)機(jī)組盤車自動投入故障的處理［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2009（4）：64-66.

（本文責(zé)編：劉芳）

TK 263.7

：B

：1674-1951（2015）02-0036-03

張軍（1984—），男，江西撫州人，主管工程師，工程師，從事機(jī)務(wù)設(shè)備管理方面的工作（E-mail：380229211＠qq. com）。

2014-05-13；

2014-10-23