某汽輪機盤車裝置損壞原因分析及改進措施

方建勇

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州 310018)

某汽輪機盤車裝置損壞原因分析及改進措施

方建勇

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州 310018)

介紹了某汽輪機盤車裝置的工作原理及一次齒輪嚴重損壞事件的經(jīng)過。通過分析盤車裝置損壞的啟動過程曲線，確定了熱工邏輯存在的一些問題。對齒輪進行補堆焊及打磨處理，并對熱工邏輯進行了優(yōu)化，保障了盤車裝置安全穩(wěn)定運行。

汽輪機；盤車裝置；齒輪；熱工邏輯

0 引言

汽輪機盤車裝置是汽輪機在非工作狀態(tài)下實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的主要動力之一，它是確保汽輪機冷態(tài)預(yù)熱和熱態(tài)降溫均勻、避免轉(zhuǎn)子變形的關(guān)鍵設(shè)備，它的正常與否關(guān)系到機組安全。本文對一起盤車裝置損壞的案例進行分析，并提出改進措施。

1 某機組盤車裝置技術(shù)參數(shù)及工作原理[1]

技術(shù)參數(shù)：盤車型號，DDZP11-IIIL(電機立式安裝)；電機功率，11 kW；電機轉(zhuǎn)速，1 450 r/min；軸系盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，4.3 r/min；進油壓力，0.08～0.12 MPa；油缸推力，700 N。

盤車裝置主要由減速機、箱體、曲柄連桿機構(gòu)、齒輪傳動機構(gòu)、液壓裝置、電氣控制等部分組成。安裝形式采用立式，也可選擇臥式，主要根據(jù)安裝空間來選擇。性能要求：能耗低、運行平穩(wěn)、操作簡單省力、安全可靠、可實現(xiàn)遠距離操控，特別在自動投入過程中具有瞬動功能，避免頂齒時強行啟動。

盤車裝置與汽輪機轉(zhuǎn)子大齒輪的力量傳遞通過盤車裝置齒輪傳動系統(tǒng)中的擺動齒輪實現(xiàn)。擺動齒輪副在曲柄連桿機構(gòu)的頂桿推動下實現(xiàn)與汽輪機大齒輪的切向嚙合，減速機與電動機直接聯(lián)接，其輸出扭矩通過齒輪副和擺動齒輪副盤動汽輪機大齒輪及其中軸系轉(zhuǎn)動。

盤車裝置工作過程中，當電磁閥得電時，壓力油經(jīng)電磁閥、操縱滑閥進入旋轉(zhuǎn)油缸，旋轉(zhuǎn)油缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)活塞在壓力油的作用下，克服壓縮彈簧的阻力帶動曲柄和手柄轉(zhuǎn)動，并推動連桿機構(gòu)使擺動齒輪向下擺動，與汽輪機大齒輪嚙合，此時手柄壓下行程開關(guān)啟動電機，盤車裝置盤轉(zhuǎn)汽輪機軸系，電磁閥斷電，油缸泄油。

汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中，當汽輪機大齒輪線速度高于擺動齒輪時，連桿受向上慣性力作用，克服彈簧阻力帶動擺動齒輪迅速通過自鎖點，同時推動曲柄，使油缸旋轉(zhuǎn)活塞迅速恢復(fù)到初始位置并鎖緊，擺動齒輪與汽輪機大齒輪脫開，盤轉(zhuǎn)結(jié)束。

盤車裝置主要功能。

(1)瞬動功能。盤車自動投入時電動機的瞬動(0.06～0.10 s)功能避免頂齒時強行啟動而引起振動、齒輪損壞，從而保證了擺動齒輪與汽輪機大齒輪的安全。

(2)電磁閥安全保護裝置。電磁閥后端的微動開關(guān)能夠有效地監(jiān)控其工作狀態(tài)，避免電磁閥芯卡澀時擺動油缸在非工作狀態(tài)進油，確保汽輪機沖轉(zhuǎn)時盤車順利脫開。

(3)彈性減振。碟形彈簧減振裝置可有效地避免盤車投入啟動時因受沖擊載荷而損壞。

(4)擺動油缸。由隔塊及旋轉(zhuǎn)活塞組成的擺動式油缸推動曲柄連桿機構(gòu)，實現(xiàn)盤車擺動齒輪的切向投入。

(5)遠程控制。為了實現(xiàn)盤車的遠程自動控制，在電氣控制柜留有相應(yīng)接口。

(6)曲柄連桿。曲柄連桿機構(gòu)具有推動擺動齒輪嚙合和汽輪機沖轉(zhuǎn)后自鎖擺動齒輪的雙重作用。

(7)操縱滑閥。將電磁閥和擺動油缸有機地結(jié)合成液壓控制回路，實現(xiàn)盤車的自動和手動投入。

2 事件經(jīng)過

2015年12月18日清晨，某電廠機組啟動時，由于投軸封建真空過程中盤車脫扣沒有及時發(fā)現(xiàn)，且盤車裝置一直處于自動狀態(tài)，故在汽輪機沖轉(zhuǎn)瞬間滿足盤車啟動條件后，盤車裝置自啟動，但汽輪機也開始沖轉(zhuǎn)。運行人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機盤車處發(fā)出明顯金屬異響并出現(xiàn)火花時緊急停機，但為時已晚，盤車裝置已經(jīng)嚴重損壞，齒輪損壞需更換或修理，如圖1～圖3所示。

圖1 擺動齒輪損壞

圖2 齒輪上缸蓋被齒輪頂裂

圖3 汽輪機大齒多處損壞

3 事件分析

盤車損壞的啟動過程曲線如圖4所示，曲線上各關(guān)鍵時間點如下。

圖4 盤車損壞的啟動過程曲線

(1)06：21：50，汽輪機盤車在沒有接收到分散控制系統(tǒng)(DCS)指令的情況下自動脫開，停止運行(在真空及軸封漏汽的影響下，汽輪機轉(zhuǎn)速上升導致)。

(2)盤車脫開后，轉(zhuǎn)速最高升到5.2 r/min，然后慢慢下降(漏汽量不足以沖轉(zhuǎn)汽輪機)。

(3)06：24：34，盤車轉(zhuǎn)速降到1.1 r/min后，變成壞點(系統(tǒng)只有1個低速探頭，均接入同一塊轉(zhuǎn)速卡上的2個冗余轉(zhuǎn)速回路，當此轉(zhuǎn)速卡死機后，同時送出2個相同的壞點數(shù)據(jù)；冗余設(shè)置不夠完善)。

(4)06：26：22，汽輪機掛閘并開始沖轉(zhuǎn)(沖轉(zhuǎn)前未檢查盤車裝置是否正常)。

(5)06：27：30，沖轉(zhuǎn)后DCS發(fā)出盤車運行指令(汽輪機開始沖轉(zhuǎn)，盤車齒輪又發(fā)出嚙合指令，導致齒輪被打壞)。

曲線分析。

(1)06：21：50，盤車自動脫開。觀察歷史曲線，發(fā)現(xiàn)在盤車脫開停止運行前，調(diào)節(jié)閥前壓力有2次微小的上升波動，軸封漏汽及真空共同作用造成汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升后，盤車齒輪自動脫開，此時盤車應(yīng)保持正常運行至沖轉(zhuǎn)后再自動脫開。

(2)06：24：34，盤車轉(zhuǎn)速一直降到1.1 r/min后，變成壞點。DCS內(nèi)部邏輯設(shè)置盤車自動投入轉(zhuǎn)速為小于1.0 r/min，但盤車最低有效轉(zhuǎn)速為1.1 r/min，以后即成為壞點，邏輯自動記憶壞點前一刻的數(shù)值，內(nèi)部參與運算的轉(zhuǎn)速值永遠不會小于1.0 r/min，即盤車不會自啟動。本特利3 500/50轉(zhuǎn)速卡件在轉(zhuǎn)速過低時可能會輸出小于3.7 mA的信號，導致DCS認為變成壞點(正常零轉(zhuǎn)速信號是4.0 mA)；同時，根據(jù)卡件的使用時間，它輸出的3.7 mA信號可能也會有一個微小的偏移，而小于1.0 r/min自啟動盤車的邏輯定值，設(shè)置得過于接近0 r/min了。

(3)06：27：30，汽輪機開始沖轉(zhuǎn)，DCS的零轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，但在那一瞬間，轉(zhuǎn)速還是小于1.0 r/min，故DCS發(fā)出自啟動盤車的信號；盤車控制柜接到遠方控制信號后，不斷要求盤車投入，但此時由于汽輪機沖轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速很快，盤車已經(jīng)無法正常投入，導致齒輪嚴重損壞。

4 盤車裝置修復(fù)及改進措施

根據(jù)盤車裝置的損壞情況，機務(wù)方面主要進行修復(fù)處理：更換盤車機構(gòu)(含擺動齒輪)、補焊齒輪上缸蓋法蘭面開裂處、修補大齒輪(共180個齒，其中42個齒需進行焊接打磨修復(fù)，對其余138個齒進行打磨修復(fù))。雖然更換大齒輪是最佳方案，但考慮時間及搶修的方便，采用同質(zhì)焊條補堆焊、打磨的處理方式，但之后沒有熱處理環(huán)節(jié)，新齒的強度低于原件，并且大齒輪表面沒有經(jīng)過硬化處理。因此，在以后投用盤車時，應(yīng)盡量避免在補焊最嚴重的6個齒區(qū)域直接投自動盤車(在6個齒的大軸與端蓋間標注好“危險嚙合位置”)。

另外，在焊、補過程中，采用微弧冷焊的工藝進行修復(fù)。微弧冷焊修復(fù)屬于現(xiàn)場修復(fù)，易操作，熱輸入量低，補焊過程中無熱應(yīng)力，修復(fù)部位溫度控制在60 ℃以內(nèi)；補焊材料為鎳基合金焊絲，硬度及材質(zhì)與母材接近，耐磨損性能較好；只修復(fù)磨損部位，冶金結(jié)合，不影響母材性能。

冷焊的工藝措施。

(1)表面清理。用丙酮擦拭齒輪磨損部位進行表面去油；用砂紙打磨，去除表面氧化層。

(2)堆焊磨損部位。 冷焊電壓為135 V，脈沖頻率為30 Hz，氬氣保護氣流量為3～6 L/min；控制工件溫度在50 ℃以內(nèi)；焊接時間根據(jù)溝槽深度靈活掌握；用合金焊絲作填充材料，硬度與原機體接近。

(3)打磨、修平。 打磨、修平分2次進行，首次用打磨工具對高出鄰近基準面的部位進行打磨修平，保證補焊磨損部位達到齒輪嚙合要求；然后，裝復(fù)盤車裝置，連續(xù)盤車1 h后，再根據(jù)齒輪壓磨痕跡繼續(xù)精細修平。

電氣熱工方面主要進行如下優(yōu)化。

(1)增加1個零轉(zhuǎn)速探頭和1塊3 500/50轉(zhuǎn)速卡件，實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速4取2優(yōu)選，真正實現(xiàn)冗余配置，提高設(shè)備的可靠性，降低再次同時出現(xiàn)壞點的幾率。

(2)將轉(zhuǎn)速小于1.0 r/min自動投盤車的邏輯定值更改為小于1.5 r/min，防止卡件死機的影響。

(3)原盤車允許啟動條件的邏輯中，在轉(zhuǎn)速小于1.0 r/min盤車投入的信號，增加一個延時5 s的限制條件；同時，增加2個限制啟動的邏輯：主汽門關(guān)閉、汽輪機轉(zhuǎn)速大于5.0 r/min。

(4)增加一個零轉(zhuǎn)速異常的報警，以幫助運行人員及時發(fā)現(xiàn)盤車異常。

(5)為避開危險嚙合位置，在DCS上盤車裝置的自動控制回路增加一個斷點，盤車因故跳閘后不會自啟，需要到現(xiàn)場檢查大軸位置，復(fù)位控制回路后才允許繼續(xù)盤車。

運行方面：進一步加強技術(shù)培訓，在汽輪機啟動操作票的沖轉(zhuǎn)流程前增加檢查盤車裝置是否正常的流程；另外，盤車裝置投用前需要現(xiàn)場檢查大軸位置，如在標注的危險嚙合位置時，先選用手動盤車，且盤車電機采用手動方式旋轉(zhuǎn)，只有在偏離上述位置后，方可投自動盤車。

5 結(jié)束語

盤車裝置是汽輪機組的重要設(shè)備之一，在機組啟動或停止時，它能否正常、連續(xù)工作，直接影響到機組的安全運行，盤車裝置出現(xiàn)異常將增大檢修維護量，加大運行人員操作難度。機組停運后盤車裝置啟動時，盡可能手動啟動盤車，以減少可能出現(xiàn)的頂齒情況和對齒輪造成的沖擊影響；另外，汽輪機沖轉(zhuǎn)前務(wù)必檢查盤車裝置是否正常，降低設(shè)備受損的可能性，切實保證汽輪機的安全穩(wěn)定運行。

[1]連云港透平能源設(shè)備有限公司.DDZP11-IIIL型低速自動盤車使用說明書[Z].

(本文責編：劉芳)

2016-11-10；

2016-12-28

TM 621.3

B

1674-1951(2017)01-0053-03

方建勇(1970—)，男，浙江杭州人，高級工程師，從事發(fā)電廠管理工作(E-mail:904958382@qq.com)。