汽輪機盤車無法自動嚙合原因分析及處理

王宏亮

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 葫蘆島 125112）

0 引言

某核電1號機組汽輪機盤車電動機功率為11 kW，盤車電動機轉速為1000 r/min，轉子轉速為1.44 r/min，盤車裝置采用立式安裝，由盤車電動機、箱體、傳動軸、蝸輪蝸桿、齒輪傳動系統(tǒng)、氣動嚙合裝置、電氣控制等部分組成[1]。盤車電動機帶動傳動軸同步轉動，通過蝸輪蝸桿帶動盤車齒輪系統(tǒng)轉動，并經齒輪傳動系統(tǒng)減速后，通過汽輪機轉子盤車齒輪實現對汽輪機轉子的盤車。盤車裝置是汽輪機在非工作狀態(tài)下實現轉子轉動的主要動力，是確保汽輪機冷態(tài)預熱和熱態(tài)降溫均勻、避免轉子變形的關鍵設備，其運行正常與否直接關系著機組的安全運行。

通過設備安裝后汽輪機盤車裝置調試及現場檢查，結合汽輪機盤車無法自動嚙合進行分析，查找出了造成問題的原因，并進行相關調整、優(yōu)化，解決了盤車無法自動嚙合的問題，確保機組順利投產。

1 盤車無法自動嚙合情況

該核電1號機組安裝完成后，在進行熱態(tài)功能試驗期間，所進行的部分系統(tǒng)試驗會導致汽輪機盤車裝置脫開，而盤車裝置脫開后，在滿足自動嚙合條件下，多次發(fā)生盤車無法自動嚙合的情況。根據盤車裝置調試時確定的時間參數進行手動嚙合，也有不能嚙合的情況發(fā)生。表1為試驗期間盤車嚙合成功情況。

表1 試驗期間盤車嚙合成功情況

2 盤車無法自動嚙合原因分析

結合汽輪機盤車自動嚙合原理及安裝后盤車裝置調試、現場檢查情況，對盤車無法自動嚙合的原因進行逐一分析。

2.1 盤車嚙合齒輪行程分析

由于安裝及單體調試期間，設備處于冷態(tài)，在機組熱態(tài)功能試驗期間，相關設備處于運行狀態(tài)，因設備運行、受熱等綜合原因，原機組調試期間，設備間隙和相對位置發(fā)生變化，導致盤車齒輪不能到達嚙合位置或嚙合后盤車操作桿未觸發(fā)盤車嚙合限位開關，使系統(tǒng)無法識別盤車嚙合狀態(tài)，因而顯示未成功嚙合。

表2 盤車設備間隙或位置變化情況 mm

分析表明，運行條件變化后盤車嚙合齒輪行程不合理為造成盤車無法自動嚙合的原因。

2.2 汽輪機轉子零轉速配置分析

在盤車嚙合齒輪與汽輪機轉子齒輪接觸嚙合時，如果汽輪機轉子轉速高于盤車嚙合齒輪轉速，轉子齒輪將帶動嚙合齒輪機構向脫開位置移動并最終導致盤車自動脫開。如果轉子零轉速配置不合理，在盤車裝置嚙合時轉子轉速未降到零，則在盤車嚙合后馬上會導致盤車裝置自動脫開。經檢查，原組態(tài)中，汽輪機轉子轉速以5 s內無脈沖信號為汽輪機轉子零轉速判定標準，而此時汽輪機轉子可能未完全靜止。因此，汽輪機轉子零轉速配置不合理也是造成盤車無法自動嚙合的原因。

2.3 盤車電動機點動時間和嚙合時間設置分析

如圖1所示，盤車裝置嚙合時，嚙合裝置繞O點順時針旋轉角度A，嚙合齒輪2逆時針轉動，在嚙合裝置旋轉角度A～B時，嚙合齒輪開始與轉子大齒輪有接觸可能，然后在嚙合裝置繞O點旋轉角度B過程中，實現盤車的完全嚙合。如果此時嚙合齒輪未轉動，則可能發(fā)生嚙合齒輪與轉子齒輪頂齒現象，盤車裝置無法到達完全嚙合位置，則嚙合不成功；如果嚙合齒輪旋轉過快，則在行程d內容易發(fā)生頂齒；嚙合齒輪只有在一定范圍內緩慢旋轉，在行程d內嚙合齒輪與轉子齒輪嚙合的概率最高。

圖1 盤車裝置嚙合示意圖

在盤車裝置安裝完成后的試驗期間，在盤車電動機點動時間相同的情況下，對于不同的嚙合時間，盤車自動嚙合成功的情況不同，綜合廠家推薦值及現場試驗確定盤車嚙合時間為18 s。表3為安裝后盤車在不同嚙合時間下的試驗情況。

表3 盤車在不同嚙合時間下的試驗情況

機組進入試驗狀態(tài)后，盤車的運行條件發(fā)生變化。盤車電動機點動時間和嚙合時間設置不合理也是造成問題的原因。

3 問題處理

3.1 盤車嚙合齒輪行程調整

在接近盤車運行條件下，對盤車操縱桿的行程及限位開關進行調整，確保盤車裝置能夠完全嚙合，并觸發(fā)嚙合限位開關；在盤車裝置脫開后，能夠觸發(fā)脫開限位開關。同時，保證盤車嚙合與脫開限位開關間有足夠的行程，使盤車操縱桿能夠有效地反映盤車嚙合狀態(tài)。

盤車操縱桿調整后的相關數值如表4所示。

表4 調整后設備間隙或位置 mm

3.2 汽輪機轉子零轉速組態(tài)優(yōu)化

汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)通過測量汽輪機轉子凹槽反射的脈沖來確認汽輪機轉子轉速。對汽輪機轉子零轉速組態(tài)進行優(yōu)化，修改為60 s內如果脈沖數少于10個，則判定為零轉速。經測試，汽輪機轉子完全停止后約57 s觸發(fā)零轉速信號，滿足要求。

3.3 盤車裝置點動時間和嚙合時間調整

為選擇盤車嚙合時的合理轉速，首先確定嚙合齒輪的惰轉情況，因此對盤車電動機點動時間和嚙合齒輪惰轉時間進行測試，具體數據如表5所示。

表5 盤車電動機惰轉時間測試結果

根據上述測試結果，將盤車電動機點動時間暫時設定為2.0 s，選取不同的嚙合時間進行盤車自動嚙合測試，結果如表6所示。

表6 盤車不同嚙合時間測試結果

根據上述測試結果，將盤車自動嚙合時間調整為17 s，模擬熱態(tài)功能試驗期間盤車脫扣情形進行2次測試，結果自動嚙合均失敗。在2次測試過程中發(fā)現，嚙合齒輪惰轉時間為17 s，與此前測得的約24 s的盤車電動機惰轉時間相差較大。

在后續(xù)的嚙合齒輪惰轉時間測試中，發(fā)現嚙合齒輪惰轉時間在17～20 s小范圍波動，分析可能原因為：1）盤車電動機電源電壓不穩(wěn)定，導致同樣的點動時間下電動機轉速不同；2）電源接觸器動作時間不準確，導致盤車電動機實際通電時間不同；3）轉動部件摩擦不穩(wěn)定，導致阻力不同；4）轉動部件受熱情況不同。據此，對盤車裝置轉動部件進行充分潤滑，并對盤車電動機實際點動時間、接觸器動作時間、馬達電動機電流/電壓、盤車電動機轉速進行測量，并在試驗期間檢查轉動部件受熱情況。3次試驗結果如表7所示。

表7 嚙合齒輪惰轉情況測試結果

根據試驗結果，盤車電動機的電源、接觸器動作時間正常；多次試驗時齒輪潤滑情況、零部件受熱情況等因素較復雜，對盤車電動機惰轉時間產生一定影響；同時根據設備安裝后的調試情況，隨著機組運行工況的改變，當前測試狀態(tài)與機組正常運行工況接近，測試結果更能反映盤車嚙合齒輪惰轉的正常運行工況，同時考慮了潤滑、部件受熱等影響因素。

綜合多次試驗測量數據，將盤車電動機點動時間設定為1.0 s，嚙合時間設定為14 s，再次模擬熱態(tài)功能試驗期間盤車脫開情形進行自動嚙合測試，結果成功8次，失敗3次，具體測試結果如表8所示。

表8 盤車裝置自動嚙合測試結果

根據盤車裝置自動嚙合的原理，盤車裝置自動嚙合過程中存在小概率的頂齒情況，該結果能夠滿足盤車自動嚙合要求。在后續(xù)的熱態(tài)功能試驗過程中，盤車裝置均實現了自動嚙合。

4 結論

針對某核電1號機組調試期間出現汽輪機盤車無法自動嚙合而導致盤車無法自動投運的問題，從盤車嚙合齒輪行程、汽輪機轉子零轉速配置、盤車電動機點動時間和嚙合時間等方面逐一進行排查，找出了問題的產生原因為運行條件變化后盤車嚙合齒輪行程不合理、汽輪機轉子零轉速配置不合理、盤車電動機點動時間和嚙合時間設置不合理，最終通過調整盤車操縱桿行程、優(yōu)化汽輪機轉子零轉速組態(tài)、調整盤車電動機點動時間和嚙合時間等方法解決了盤車裝置無法自動嚙合的問題，使得機組順利投產。