大型汽輪機(jī)盤車裝置故障分析及處理措施

趙凌偉 王劍影 秦曉東

摘要：本文介紹了哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CCLN1000-25/600/600型汽輪機(jī)在某電廠運(yùn)行期間盤車裝置出現(xiàn)的故障分析及處理措施，通過學(xué)習(xí)與實(shí)踐，進(jìn)一步掌握了盤車傳動(dòng)重型齒輪副損壞 的原因及處理措施，能夠快速的使機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常，保證了機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電的可靠性。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);重型雙曲線螺旋傳動(dòng)齒輪副

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)用電可靠性要求的提高，1000MW一次中間再熱超超臨界重型發(fā)電汽輪機(jī)組在我國已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。大容量、高參數(shù)、低耗能的汽輪發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)生產(chǎn)中表現(xiàn)出了應(yīng)有的優(yōu)勢。本文通過對(duì)汽輪機(jī)在運(yùn)行期間盤車傳動(dòng)重型齒輪副損壞原因分析及處理，掌握了其中的方法和關(guān)鍵要點(diǎn)，能夠快速的使機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常，保證了機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電。

一、轉(zhuǎn)子平衡的原理。

汽輪機(jī)啟動(dòng)前和停機(jī)后，為避免轉(zhuǎn)子大軸彎曲變形，應(yīng)使轉(zhuǎn)子保持連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)汽輪機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前，轉(zhuǎn)子兩端由于軸封供汽，蒸汽從軸封兩端漏入汽輪機(jī)，并集中在汽缸上部，使轉(zhuǎn)子和汽缸產(chǎn)生溫差，若轉(zhuǎn)子不動(dòng)則會(huì)產(chǎn)生熱彎曲。同樣，汽輪機(jī)停機(jī)后，轉(zhuǎn)子仍具有較高的溫度，蒸汽聚集在汽缸的上部，由于汽缸結(jié)構(gòu)不同，汽輪機(jī)上下缸溫降速度不一樣，也存在上下缸溫度差，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲。另外，由于轉(zhuǎn)子自重，在其停轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生自然彎曲。在汽輪機(jī)啟動(dòng)前，通過盤車可使汽輪機(jī)上下缸以及轉(zhuǎn)子溫度均勻，自由膨脹，不發(fā)生動(dòng)靜部分磨擦，有助于消除溫度較高的軸頸對(duì)軸瓦的損傷，還能消除轉(zhuǎn)子由于重力產(chǎn)生的彎曲，同時(shí)也減少了汽機(jī)沖轉(zhuǎn)力矩，起到保護(hù)動(dòng)葉的作用。

二、盤車的特點(diǎn)。

盤車一般分為低速盤車和高速盤車兩類，一般情況下，高速盤車對(duì)油膜的建立較為有利，對(duì)轉(zhuǎn)子的加熱或冷卻較為均勻，但盤車裝置的功率較大，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)如果溫降速度控制不好，容易磨壞汽封齒，另外，高速盤車需要一套可靠的頂軸油系統(tǒng)，系統(tǒng)較復(fù)雜。本汽輪機(jī)配有一套可擺動(dòng)軸承架的低速電動(dòng)盤車裝置，盤車速度為1.8r/min，安裝在低壓缸B和發(fā)電機(jī)之間，轉(zhuǎn)子盤車齒輪嵌在低壓轉(zhuǎn)子B與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器之間，其間采用止口和螺栓連接方式，并配置了空氣操作機(jī)構(gòu)。盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速為1170r/min，盤車裝置共設(shè)有五級(jí)減速。主要有以下特點(diǎn)：

（一） 在汽機(jī)轉(zhuǎn)速降至零轉(zhuǎn)速時(shí)，既能電動(dòng)盤車，也能手動(dòng)盤車;既可遠(yuǎn)方操作，也可就地操作。

（二） 盤車裝置是自動(dòng)嚙合型的，能使汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，盤車運(yùn)行后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為1.8r/min。

（三）? 盤車裝置在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后自動(dòng)退出，并能在停機(jī)時(shí)自動(dòng)投入。

（四） 盤車裝置與頂軸油系統(tǒng)，潤滑油系統(tǒng)間設(shè)置聯(lián)鎖，防止在油壓未建立時(shí)投入盤車。盤車裝置正在運(yùn)行而油壓降低到不安全值時(shí)能發(fā)出報(bào)警，當(dāng)供油中斷時(shí)能自動(dòng)停止運(yùn)行。

三、處理措施簡述。

（一） 目前大型火電機(jī)組汽輪機(jī)普遍采用低速盤車，在機(jī)組啟停期間，盤車起著非常重要的作用，需帶動(dòng)四個(gè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及一個(gè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子（以國內(nèi)在運(yùn)行的1000MW機(jī)組為例）總共超過500噸的重量運(yùn)行，特別是部分機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子軸承處沒有設(shè)置頂軸油系統(tǒng)，盤車的負(fù)荷很高，在滿足傳動(dòng)比要求的前提下，傳動(dòng)齒輪副的技術(shù)要求非常高。據(jù)統(tǒng)計(jì)國家在運(yùn)大型機(jī)組盤車都為全進(jìn)口隨機(jī)配套設(shè)備，盤車內(nèi)部資料較少，特備是傳動(dòng)齒輪副等最關(guān)鍵部件的詳細(xì)資料未提供，備件損壞后需從原廠家購買，費(fèi)用高昂，且須原廠家授權(quán)加工。

（二）公司汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠提供，兩臺(tái)1030MW機(jī)組于2010年10月、12月分別投運(yùn)，盤車隨機(jī)配備，盤車為日本東芝公司整套進(jìn)口配用，其中2017年3月，#1機(jī)組汽輪機(jī)盤車在機(jī)組停運(yùn)后，檢查發(fā)現(xiàn)盤車傳動(dòng)齒輪保持架固定螺栓斷裂，造成傳動(dòng)齒輪副偏斜、磨損嚴(yán)重，經(jīng)與哈爾濱汽輪機(jī)廠溝通，購買一套傳動(dòng)齒輪副需花費(fèi)用至少50萬元，且須日本東芝公司提供相應(yīng)的加工圖紙，與國內(nèi)北京重型齒輪廠等多家重型精密機(jī)加工公司聯(lián)系，均回復(fù)加工存在技術(shù)難題，暫無法加工。

（三）經(jīng)多次對(duì)現(xiàn)場解體后的盤車齒輪副進(jìn)行材質(zhì)確認(rèn)及尺寸詳細(xì)測繪，確定傳動(dòng)傳動(dòng)齒輪副為重型雙螺旋曲線傳動(dòng)齒輪副，國內(nèi)沒有成熟的加工經(jīng)驗(yàn)，且加工后在材料處理上存在經(jīng)驗(yàn)支撐。多次經(jīng)汽機(jī)及金相專業(yè)技術(shù)管理人員與重慶齒輪廠技術(shù)專家一同研究，重新購買一套符合現(xiàn)場測繪尺寸的雙螺旋曲線機(jī)加工刀具，配合國內(nèi)較先進(jìn)的數(shù)字化車床進(jìn)行加工，對(duì)加工后的零部件進(jìn)行相關(guān)的熱處理及表面滲氮處理，經(jīng)多次現(xiàn)場試驗(yàn)，加工后的傳動(dòng)齒輪副滿足現(xiàn)場硬度及傳動(dòng)表面層符合現(xiàn)場要求。

（四） 經(jīng)過對(duì)盤車傳動(dòng)齒輪副的技術(shù)攻關(guān)，目前已將加工后的傳動(dòng)齒輪副用于現(xiàn)場盤車中，已經(jīng)過多次機(jī)組啟停，每次停機(jī)后都需盤車連續(xù)運(yùn)行13天左右，齒輪副使用效果良好，傳動(dòng)靈活，經(jīng)解體檢查未發(fā)現(xiàn)有磨損痕跡，滿足現(xiàn)場對(duì)重型汽輪機(jī)盤車的技術(shù)需求，為迎合目前火電形式，目前我公司每年機(jī)組啟停次數(shù)較多，2018年兩臺(tái)機(jī)組共啟停14次，盤車運(yùn)行小時(shí)數(shù)為2284小時(shí)，對(duì)盤車的使用頻繁，盤車齒輪副等重要位置零部件的安全可靠就愈發(fā)的重要。一旦發(fā)生盤車故障停運(yùn)后，汽輪機(jī)極大可能造成嚴(yán)重不可逆的損害。

（五） 效益分析。目前機(jī)組啟停及運(yùn)行期間，安全穩(wěn)定，且完全滿足機(jī)組在機(jī)組停運(yùn)后盤車長時(shí)間運(yùn)行的安全穩(wěn)定。經(jīng)濟(jì)效益方面更換原裝進(jìn)口傳動(dòng)齒輪副費(fèi)用為50萬元，經(jīng)與齒輪廠共同研究后，加工齒輪副每套費(fèi)用不超過10萬元，直接可節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益為40萬元，且有自己的加工技術(shù)、加工尺寸及后期處理經(jīng)驗(yàn)，間接效益超過500萬元。

四、結(jié)語

根據(jù)目前火電形式，大型機(jī)組所占火電機(jī)組比例增加，為配合電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷調(diào)整，目前很多家公司每年機(jī)組啟停頻繁，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前大型火電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)普遍在3000小時(shí)以下，盤車的利用頻率較高，隨著時(shí)間的推移，盤車內(nèi)部關(guān)鍵零部件的故障率也在逐漸升高，通過自我研制的重型雙螺旋曲線齒輪副的成功運(yùn)用，對(duì)雙螺旋曲線重型傳動(dòng)齒輪副加工及后期處理，填補(bǔ)了國家在重型雙螺旋曲線傳動(dòng)齒輪副上機(jī)加工及后期處理的技術(shù)空缺，對(duì)盤車關(guān)鍵部位零部件的需求不用再必須從國外進(jìn)口。

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[3]哈爾濱汽輪機(jī)廠CCLN1000-25/600/600型汽輪機(jī)使用說明書