汽輪機(jī)盤車故障分析

馬崗 張?jiān)?/p>

摘要：介紹某電廠上海汽輪機(jī)制造的350MW機(jī)組汽輪機(jī)盤車蝸桿軸向調(diào)整墊片固定銷斷裂，對固定銷斷裂的原因進(jìn)行分析，并提出現(xiàn)場解決方法。

關(guān)鍵詞：盤車;蝸桿;固定銷;斷裂

一、盤車裝置介紹

某電廠轉(zhuǎn)子盤車裝置采用側(cè)裝式盤車裝置，其安裝在低壓缸發(fā)電機(jī)側(cè)的軸承座上，主要功能在是在機(jī)組啟動前或停機(jī)后用來盤動汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系。

汽輪機(jī)啟動沖轉(zhuǎn)前投入盤車裝置使轉(zhuǎn)子緩慢的轉(zhuǎn)動起來，檢查汽輪機(jī)內(nèi)部的動、靜部分是否存在摩碰現(xiàn)象，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時可以減少轉(zhuǎn)子啟動摩擦力，減少葉片沖擊力，并在暖機(jī)過程中使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度場均勻分布，避免轉(zhuǎn)子因受熱不均而造成彎曲。

機(jī)組停機(jī)后，由于汽缸上、下之間存在溫差，轉(zhuǎn)子在這種不均勻溫度場中，將因受熱不均勻而產(chǎn)生彎曲。為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，在汽輪機(jī)停機(jī)時，投入盤車裝置，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子保持緩慢旋轉(zhuǎn)，將由于汽輪機(jī)部件不均勻冷卻引起的轉(zhuǎn)子彎曲程度降到最低。

盤車裝置的主要零件有電動機(jī)、用來減速的大小齒輪傳動系統(tǒng)以及使小齒輪與盤車大齒輪相嚙合和退出所必需的連桿機(jī)構(gòu)和操縱桿。電動機(jī)帶動主動鏈輪旋轉(zhuǎn)，通過傳動鏈條、從動鏈輪、蝸桿、蝸輪、蝸輪軸小齒輪以及惰輪來轉(zhuǎn)動減速齒輪，減速齒輪則用鍵與主齒輪軸相連接，主齒輪軸跟減速小齒輪相嚙合，而減速小齒輪又與盤車大齒輪嚙合，帶動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以3.38r/min 的速度旋轉(zhuǎn)。本裝置電動機(jī)為YB225M-6型，功率30KW，轉(zhuǎn)速為980r/min。鏈條使用圓銷式齒形鏈，鏈寬78毫米，內(nèi)導(dǎo)式，長135節(jié)。鏈輪的傳動比為1.4。

二、盤車故障原因分析和解決措施

2.1事故經(jīng)過

某電廠2號機(jī)做汽輪機(jī)機(jī)械超速試驗(yàn)后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子開始惰走，監(jiān)視汽機(jī)參數(shù)均正常。待汽機(jī)轉(zhuǎn)速降為零后立即投入主機(jī)盤車運(yùn)行，汽輪機(jī)惰走時間為57分鐘，盤車投入后電流24.87A，高中壓轉(zhuǎn)子偏心值穩(wěn)定在40微米。盤車運(yùn)行1小時候后，盤車電機(jī)電流突增至99.05A，電機(jī)過熱保護(hù)動作跳閘，檢查盤車電機(jī)開關(guān)三相電壓以及盤車噴油電磁閥動作均正常。在潤滑油及頂軸油均正常情況下，進(jìn)行手動盤車，轉(zhuǎn)子無法盤動。所以決定將盤車裝置解體檢查。

2.2盤車故障產(chǎn)生原因

盤車裝置解體后發(fā)現(xiàn)盤車蝸桿驅(qū)動端軸套與蝸桿抱死，無法轉(zhuǎn)動。進(jìn)一步解體發(fā)現(xiàn)蝸桿驅(qū)動端推力軸承套調(diào)整墊片定位銷切斷，使鐵屑進(jìn)入驅(qū)動端推力軸承銅套的推力面油槽及銅套徑向間隙，致使銅套徑向間隙變小后抱死，導(dǎo)致蝸桿卡澀，無法啟動盤車裝置?，F(xiàn)從盤車齒輪所受載荷對調(diào)整墊片定位銷的斷裂進(jìn)行分析。

2.3盤車調(diào)整墊片定位銷受力分析計(jì)算：

（1）根據(jù)蝸桿被動鏈輪齒數(shù)Z2=35，盤車電機(jī)主動鏈輪齒數(shù)Z1=25，電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=980rpm，傳動比i=1.4，計(jì)算蝸桿的轉(zhuǎn)速n2：n2=n1/i=980/1.4=700rpm

（2）鏈傳動的效率約為0.94～0.96，為簡化計(jì)算近似認(rèn)為蝸桿的輸入功率為電動機(jī)的功率

（3）蝸桿與軸為一體，計(jì)算蝸桿上傳遞的扭力矩T：

T=955×104P/n2（Nmm）=955×104×30/700=409285.7 Nmm

式中：

P為蝸桿軸輸入功率KW;

n2為蝸桿的轉(zhuǎn)速rpm，

（4）計(jì)算蝸桿上固定銷所受剪切力σj：

σj=4T/πDd2 MPa=4×409285.7/3.14×76×32=762.3 MPa

式中：

T為蝸桿軸的扭力矩 Nmm;

D為蝸桿軸的直徑 mm，測量D=76mm;

d為定位銷的直徑 mm，測量d=3mm。

（5）固定銷的材質(zhì)為45鋼，45鋼的允許抗剪強(qiáng)度為178MPa，遠(yuǎn)小于σj，容易斷裂。

2.4盤車故障處理方法

針對某廠盤車裝置蝸桿驅(qū)動端調(diào)整墊片定位銷設(shè)計(jì)及制造廠裝配問題，將原直徑為3mm單只定位銷更換為直徑為5mm定位銷，并將材質(zhì)更換為40Cr（40Cr的允許抗剪強(qiáng)度為400MPa），提高定位銷的抗剪切能力，同時將損壞的蝸桿推力軸承軸套更換以及在裝配時檢查確認(rèn)定位銷已妥善嵌入調(diào)整墊片溝槽中，盤動裝置檢查機(jī)構(gòu)工作正常。

現(xiàn)對更換后的定位銷所受剪切力進(jìn)行校核：

σj=4T/πDd2 MPa=4×409285.7/3.14×76×52=274.4 MPa

更換后的固定銷允許抗剪強(qiáng)度大于計(jì)算抗剪強(qiáng)度σj，故能滿足在此處使用，且不易造成斷裂。

2.5盤車故障解決辦法及汽輪機(jī)后續(xù)處理措施

本次某電廠汽輪機(jī)盤車裝置故障其主要原因是汽輪機(jī)廠家設(shè)計(jì)不合理是導(dǎo)致，故提出以下建議：

（1）加強(qiáng)定期檢查工作，機(jī)組檢查將盤車檢查列為標(biāo)項(xiàng)，每次計(jì)劃檢修時必須進(jìn)行檢查。（2）盤車裝置跳閘后正確采取悶缸措施，對汽缸各部位溫差做好記錄和相應(yīng)曲線，確保汽缸上下溫差沒有突升突降的現(xiàn)象，確保汽輪機(jī)上下缸溫差不大，大軸產(chǎn)生永彎曲的幾率將會大大降低。

（3）轉(zhuǎn)子不排除存在未釋放的殘余應(yīng)力或輕微彈性彎曲，以及汽封可能存在輕微倒伏。沖車前一定做好充分的事故預(yù)案和應(yīng)急措施，同時加強(qiáng)沖車時關(guān)鍵數(shù)據(jù)的監(jiān)視。

（4）建議同類型機(jī)組必要情況下將定位銷技改為對稱雙向定位銷且加粗定位銷直徑，從而保證機(jī)組在盤車時不會出現(xiàn)因蝸桿定位銷斷裂導(dǎo)致汽輪機(jī)盤車無法投入的事故。

參考文獻(xiàn)：

[1]單輝祖，謝傳鋒，《工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）》 高等教育出版社

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第2卷，第3卷），機(jī)械工業(yè)出版社

[3]上海汽輪機(jī)廠相關(guān)圖紙