李慶有，劉家琛，呂勇根

（上海申能臨港燃機發(fā)電有限公司，上海201306）

0 引言

汽輪機盤車裝置是帶動汽輪機轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動的設(shè)備。根據(jù)驅(qū)動方式，盤車裝置分為電動盤車、液壓盤車和手動盤車，均由驅(qū)動設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)組成[1-2]。

盤車裝置在汽輪機非工作狀態(tài)下運行，即在汽輪機啟機過程中退出，在汽輪機停機過程中投運。它是汽輪機非工作狀態(tài)下，減小上下汽缸溫差、減少轉(zhuǎn)子熱變形和重力變形、降低汽輪機轉(zhuǎn)子啟動力矩的核心設(shè)備[3-12]。因為汽輪機缸體和轉(zhuǎn)子尺寸較大，其上下缸溫差異過大會導(dǎo)致汽缸和汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲變形，進而對汽輪機產(chǎn)生無法修復(fù)的損壞。因而，汽輪機盤車裝置運行的安全與否，將直接決定著汽輪機發(fā)電機組運行的安全與否。

某電廠擁有西門子公司生產(chǎn)的F級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，其汽輪機采用液壓盤車裝置。該類型盤車裝置因其特殊的工作原理和精密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對安裝工藝、供油品質(zhì)和運行維護等方面要求較高。同時，該類型液壓盤車裝置也廣泛應(yīng)用于我國大型火力發(fā)電機組和核電機組[5]，因此關(guān)于該類型汽輪機液壓盤車裝置的典型故障分析與處理顯得尤為重要。本文詳細介紹了該類型盤車裝置的一次典型故障過程，并根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和解體情況，對該典型故障的發(fā)生機理進行了分析，并提出了多項針對性的應(yīng)對措施和優(yōu)化方案，為同類型盤車裝置的安全運行和故障處理提供借鑒。

1 液壓盤車裝置

1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該液壓盤車裝置主要由液壓馬達、齒套聯(lián)軸器、離合器、傳動軸等組成，如圖1所示。其中，離合器為離心非接觸式超速離合器，由離合器外環(huán)組件和內(nèi)環(huán)組件組成，外環(huán)組件通過齒套聯(lián)軸器與液壓馬達連接，內(nèi)環(huán)組件通過鍵銷與傳動軸連接，傳動軸再通過齒套方式與汽輪機轉(zhuǎn)子剛性連接；離合器軸承為徑向滾珠軸承，安裝在離合器外環(huán)組件上；傳動軸軸承為徑向-軸向聯(lián)合軸承，軸向雙側(cè)分別與傳動軸推力面和傳動軸推力盤接觸，承受傳動軸雙向軸向推力。

圖1 液壓盤車裝置結(jié)構(gòu)

整個盤車裝置安裝在發(fā)電機組中低壓汽輪機轉(zhuǎn)子末端，與轉(zhuǎn)子同軸布置。液壓馬達位于軸系的最前端，通過齒套聯(lián)軸器與離合器相連，并將扭矩傳遞給離合器，然后離合器通過傳動軸來驅(qū)動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

1.2 工作原理

盤車裝置離合器為自動嚙合型離合器，當(dāng)離合器內(nèi)環(huán)組件轉(zhuǎn)速低于外環(huán)組件轉(zhuǎn)速時，離合器自動嚙合；當(dāng)內(nèi)環(huán)組件轉(zhuǎn)速高于外環(huán)轉(zhuǎn)組件速時，離合器自動脫開；當(dāng)內(nèi)環(huán)組件超過一定轉(zhuǎn)速時，離合器完全脫開，避免與外環(huán)組件接觸磨損[5-6]，如圖2所示。

圖2 離心非接觸式超速離合器原理

盤車裝置的供油系統(tǒng)如圖3所示，由頂軸油和潤滑油系統(tǒng)同時供油，向盤車提供液壓馬達驅(qū)動油和軸承潤滑油，然后通過回油孔的回油完成油循環(huán)。汽輪機備用狀態(tài)下，盤車控制電磁閥打開，高壓頂軸油通過調(diào)流閥控制流量，驅(qū)動液壓馬達以一定轉(zhuǎn)速（48～54 r/min，盤車轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)動，此時汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于馬達轉(zhuǎn)速，離合器自動嚙合，液壓馬達帶動汽輪機轉(zhuǎn)子以盤車轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。汽輪機啟機后當(dāng)轉(zhuǎn)速超過盤車轉(zhuǎn)速時，離合器自動脫開，液壓馬達空轉(zhuǎn)；隨后，控制電磁閥關(guān)閉，盤車退出，為防止盤車裝置內(nèi)部在退出期間發(fā)生靜止腐蝕，向液壓馬達輸送少量潤滑油，使液壓馬達以6～12 r/min緩 慢 轉(zhuǎn)動。機組正常運行時，盤車裝置傳動軸與離合器內(nèi)環(huán)組件一起，隨汽輪機轉(zhuǎn)子以3 000 r/min轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。

圖3 汽輪機盤車系統(tǒng)

2 故障經(jīng)過

該液壓盤車裝置在機組盤車過程中，曾發(fā)生過多次轉(zhuǎn)速緩慢下降現(xiàn)象，最嚴(yán)重時，盤車轉(zhuǎn)速從50 r/min降至31 r/min。但現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)聲音、振動等異?，F(xiàn)象。往上追溯，該機組在新機投運初期，曾發(fā)生過汽輪機轉(zhuǎn)子抱死故障。隨后，在該盤車裝置定期維護過程中，檢查發(fā)現(xiàn)其傳動軸推力間隙實測值大于2.0 mm，標(biāo)準(zhǔn)值為0.20±0.02 mm，嚴(yán)重不合格。于是將該盤車裝置解體，發(fā)現(xiàn)傳動軸推力盤磨損0.5 mm，如圖4所示。而且盤車裝置腔室內(nèi)部發(fā)現(xiàn)較多金屬碎屑。傳動軸軸承與推力盤接觸面磨損約2.0 mm，如圖5所示。

圖4 傳動軸推力盤磨損情況

圖5 傳動軸軸承磨損情況

離合器靠近推力盤側(cè)軸向面也存在輕微磨損，如圖6所示。盤車裝置漏打回油孔，只是在回油孔位置進行了沖鉚標(biāo)記，如圖7和圖1所示。

圖6 離合器軸向磨損情況

圖7 盤車裝置外殼漏打回油孔

3 故障分析

從解體情況可以明顯看出，運行過程中盤車轉(zhuǎn)速多次下降的直接原因為傳動軸軸承與推力面直接接觸碰磨。傳動軸軸承與推力面發(fā)生碰磨的可能原因有：傳動軸軸向受力過大；軸承與推力面之間的油膜被破壞或不能建立；裝置內(nèi)部存在雜質(zhì)等其他因素。針對以上原因，具體分析。

3.1 傳動軸軸向受力過大

盤車裝置傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子采用齒套連接，嚙合間隙較小，意味著其對兩軸的同軸度要求比較高，對中標(biāo)準(zhǔn)較高。而汽輪機轉(zhuǎn)子與傳動軸尺寸量級不同，汽輪機轉(zhuǎn)子要長的多，正常情況下都會因為重力等因素存在一定的彎曲度，累積到轉(zhuǎn)子末端都會產(chǎn)生一定的揚度。因此，較容易發(fā)生傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子同軸度超標(biāo)，導(dǎo)致傳動軸軸向受力增加，進而引發(fā)軸承磨損。具體分析如下。

（1）傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子對中不良

該類型盤車裝置對安裝工藝要求非常高，要求機組在冷態(tài)和熱態(tài)兩種狀態(tài)下，傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子同軸度都要小于0.10 mm。但是，安裝對中工作一般只能在機組冷態(tài)時進行，而冷態(tài)靜置時汽輪機轉(zhuǎn)子有一定的揚度，與熱態(tài)時彎曲度不同。因此，為保證機組冷熱狀態(tài)都符合工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，就要考慮轉(zhuǎn)子冷熱態(tài)的彎曲度差別。如果安裝人員對中時沒有考慮這一因素，就容易造成機組熱態(tài)時對中誤差較大，導(dǎo)致盤車傳動軸軸向受力過大，引起軸承與推力面接觸磨損。

（2）汽輪機轉(zhuǎn)子彎曲度過大

該機組基建結(jié)束投運后不久，曾發(fā)生過汽輪機轉(zhuǎn)子抱死情況，說明該汽輪機轉(zhuǎn)子至少發(fā)生過局部變形、彎曲度超標(biāo)的情況。在這種情況下，傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子的同軸度也會超標(biāo)，導(dǎo)致傳動軸軸向受力過大，引發(fā)軸承磨損。

3.2 油膜被破壞或不能建立

（1）油循環(huán)不能正常進行

如果盤車裝置回油不暢，未建立起有效的油循環(huán)，將導(dǎo)致兩個結(jié)果：①盤車運行過程中產(chǎn)生的熱量無法及時排出，導(dǎo)致盤車裝置內(nèi)的油溫過高，油品劣化，無法建立起有效油膜，不能避免軸承與推力面接觸，進而引發(fā)軸承和推力盤的磨損；②盤車運行過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)不能及時排出，油品不能得到凈化，導(dǎo)致油膜被破壞，從而引發(fā)軸承和推力盤的接觸和磨損。

檢查中發(fā)現(xiàn)該盤車外殼漏打回油孔，導(dǎo)致盤車裝置內(nèi)的離合器軸承、傳動軸軸承和離合器的潤滑油無法回油，油循環(huán)不能正常進行，就屬于這種情況。

（2）推力間隙測量不準(zhǔn)確

裝配過程中，盤車傳動軸推力間隙的標(biāo)準(zhǔn)為0.20±0.02 mm。以往都是通過深度尺測量傳動軸推力端面和推力盤端面之間的距離，然后再測量傳動軸軸承高度，兩者之差為理論推力間隙。但是該方法存在較大的測量誤差，如果誤差的方向剛好導(dǎo)致實際的推力間隙過小，就會造成軸承與推力面之間的油膜太薄或無法建立，從而引起軸承和推力盤的接觸和磨損。

3.3 雜質(zhì)影響等其他因素

如果在盤車裝置加工、安裝過程中遺留有部分鐵屑、焊渣等雜質(zhì)，或是盤車裝置供油系統(tǒng)中存在雜質(zhì)，進入盤車裝置內(nèi)部后，一是可能會對軸承、齒套、離合器內(nèi)外環(huán)組件等造成損害，嚴(yán)重時會進一步產(chǎn)生金屬鐵屑，即新的雜質(zhì)，在油品監(jiān)測過濾不到位的情況下，會形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致盤車裝置故障，盤車轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或無法運行；二是可能會造成盤車控制電磁閥或調(diào)流閥堵塞，使液壓馬達不能正常工作，盤車無法正常運行。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子對中不良和汽輪機轉(zhuǎn)子彎曲度過大為盤車傳動軸軸承磨損誘發(fā)因素；漏打回油孔導(dǎo)致油循環(huán)不能正常進行和推力間隙測量不準(zhǔn)確為傳動軸軸承磨損惡化和盤車轉(zhuǎn)速變化影響因素；存在內(nèi)部雜質(zhì)為傳動軸軸承磨損可能性因素。

4 改進措施

針對以上各種影響因素，現(xiàn)從生產(chǎn)制造、基建安裝、運行維護等多個方面提出改進措施。

（1）機組啟停過程中，加強對汽輪機缸體和轉(zhuǎn)子溫度的監(jiān)控，控制溫升和溫降速度，密切關(guān)注疏水情況，盡量避免轉(zhuǎn)子熱彎曲或是轉(zhuǎn)子抱死的發(fā)生。停機過程中，運行人員還要做好避免轉(zhuǎn)子抱死的應(yīng)對措施，準(zhǔn)備好手動盤車工具，出現(xiàn)盤車卡澀時，立即手動盤車。

（2）優(yōu)化盤車傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子對中工藝流程。為保證機組冷熱態(tài)對中數(shù)據(jù)均符合要求，盤車對中安裝過程中需考慮轉(zhuǎn)子軸系彎曲，具體步驟應(yīng)為：①手動盤車至少2 h，降低汽輪機轉(zhuǎn)子重力彎曲；②通過百分表測量盤車安裝端面與汽輪機轉(zhuǎn)子端面瓢偏度；③根據(jù)測量得到的瓢偏度加裝楔形墊片；④對中、安裝盤車裝置。同時，安裝找中人員要嚴(yán)格按照汽輪機和盤車裝置安裝說明書要求進行安裝。

（3）優(yōu)化推力間隙測量工藝。盤車裝置在裝配過程中，可通過百分表直接測量傳動軸推力間隙，避免間接測量；并與理論值對比驗證，避免裝配差錯。

（4）補打回油孔，保證油循環(huán)正常運行，避免回油不暢引發(fā)的雜質(zhì)聚集和軸承溫度增加。

（5）保證盤車裝置內(nèi)部清潔度。加強盤車裝置出廠前或是委外修理過程中的監(jiān)督，避免盤車裝置內(nèi)部雜質(zhì)殘留或是生銹；儲存過程中，做好盤車裝置的保養(yǎng)，防止銹蝕或雜質(zhì)污染；安裝前盤車裝置內(nèi)部需進行油沖洗，直到油品化驗合格。運行時，須保證供油油質(zhì)的清潔，定期對供油油質(zhì)檢查化驗。

通過綜合運用以上改進措施，該機組盤車裝置運行至今一直狀態(tài)良好，未曾發(fā)生過盤車轉(zhuǎn)速異常變化、軸承磨損等情況。

5 結(jié)束語

本文針對某F級聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組汽輪機液壓盤車裝置的一次典型故障，從盤車裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和現(xiàn)場解體情況等各個方面，結(jié)合實踐經(jīng)驗進行了詳細分析。發(fā)現(xiàn)傳動軸與汽輪機轉(zhuǎn)子對中不良和汽輪機轉(zhuǎn)子彎曲度過大為盤車傳動軸軸承磨損誘發(fā)因素；漏打回油孔導(dǎo)致油循環(huán)不能正常進行和推力間隙測量不準(zhǔn)確為傳動軸軸承磨損惡化和盤車轉(zhuǎn)速變化影響因素；存在內(nèi)部雜質(zhì)為傳動軸軸承磨損可能性因素。根據(jù)以上原因，提出了相應(yīng)的改進措施，以從根本上避免該類故障的再次發(fā)生，為同類型機組盤車裝置的安全運行提供借鑒。