趙建勇 宋子義

（勝利油田電力管理總公司 山東東營(yíng)）

PG6531B燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組主要由燃?xì)廨啓C(jī)、負(fù)荷齒輪箱和發(fā)電機(jī)組成。負(fù)荷齒輪箱的任務(wù)是將燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速（5100 r/min）降為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（3000 r/min）并將燃?xì)廨啓C(jī)扭矩傳遞給發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的兩個(gè)軸承為端蓋式軸承。機(jī)組在原廠曾發(fā)生發(fā)電機(jī)后軸瓦后端面與轉(zhuǎn)子軸肩碰磨故障，搬遷至新廠運(yùn)行2000 h發(fā)生負(fù)荷齒輪箱傳動(dòng)失效故障。

一、軸瓦與軸肩碰磨故障分析

1.故障現(xiàn)象

機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)生發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)大跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)軸瓦的后端面與轉(zhuǎn)子軸肩發(fā)生嚴(yán)重碰磨，軸瓦阻油環(huán)過熱燒裂，軸瓦后側(cè)的烏金軸向30 mm范圍內(nèi)熔化，軸肩軸向40 mm范圍內(nèi)呈亮黑色，軸承端蓋螺栓全部松動(dòng)，軸承端蓋與箱體結(jié)合面頂部出現(xiàn)3 mm間隙。

2.故障原因分析

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)后軸承軸向振動(dòng)在11～13 mm/s水平，水平、垂直振動(dòng)小一些。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子的軸向安裝尺寸與圖紙尺寸相比向后移動(dòng)了10 mm，即軸瓦后端面與轉(zhuǎn)子軸肩的軸向間隙縮短了10 mm。

軸承端蓋因軸向振動(dòng)過大導(dǎo)致其與箱體的連接螺栓承受較大的動(dòng)應(yīng)力，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，螺栓發(fā)生松動(dòng)，軸承座傾斜、后移，軸瓦后端面與轉(zhuǎn)子軸肩的軸向間隙進(jìn)一步減小。螺栓松動(dòng)后，軸承座的支撐剛度降低，軸向振動(dòng)進(jìn)一步增大，軸承座傾斜、后移幅度進(jìn)一步增加，最終導(dǎo)致軸瓦后端面與轉(zhuǎn)子軸肩的軸向間隙消失而碰磨。

二、負(fù)荷齒輪箱傳動(dòng)失效原因分析

1.負(fù)荷齒輪箱結(jié)構(gòu)及傳扭過程

負(fù)荷齒輪箱為人字齒輪構(gòu)成的一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。小齒輪加工成內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，高速軸從小齒輪中間通過。高速軸的發(fā)電機(jī)端加工有外花鍵，與花鍵齒套接在一起互相嚙合。花鍵齒套與小齒輪的法蘭通過螺栓連接在一起，高速軸與燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子剛性連接。大齒輪結(jié)構(gòu)與小齒輪相似，低速軸與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剛性連接。花鍵軸和花鍵齒套通過花鍵齒兩端的臺(tái)階過盈配合連接來保證二者定心?；ㄦI齒套與大齒輪花鍵齒套尾端各有一個(gè)尾盤（圖2），通過6條螺栓和花鍵軸連接，加上過盈配合力一起防止花鍵軸和花鍵軸套軸向活動(dòng)。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)扭矩傳遞給高速軸后，高速軸通過花鍵軸傳遞給花鍵齒套，再傳遞給小齒輪。小齒輪將扭矩傳遞給大齒輪，再通過大齒輪花鍵齒套傳遞給低速軸，最后把燃?xì)廨啓C(jī)的扭矩傳遞給發(fā)電機(jī)。

圖1 負(fù)荷齒輪箱嚙合齒輪示意圖

2.故障現(xiàn)象

機(jī)組帶27 MW負(fù)荷運(yùn)行，突然發(fā)生有功降到0 MW，無(wú)功14 Mvar，燃機(jī)轉(zhuǎn)速升高到5440 r/min，發(fā)電機(jī)3000 r/min運(yùn)行，手、自動(dòng)均無(wú)法升負(fù)荷。斷開發(fā)電機(jī)出口開關(guān)52G準(zhǔn)備重新并網(wǎng)，燃機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到5100 r/min，但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，隨后負(fù)荷齒輪箱發(fā)出異常響聲，緊急停機(jī)。停機(jī)后盤車，燃?xì)廨啓C(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)軸不轉(zhuǎn)動(dòng)。

解體檢查負(fù)荷齒輪箱，發(fā)現(xiàn)低速軸花鍵齒與花鍵套傳動(dòng)失效，導(dǎo)致燃機(jī)扭矩不能傳遞到發(fā)電機(jī)。尾盤螺栓有2條斷裂，其余4條松動(dòng)（圖2），過盈配合及花鍵齒傳動(dòng)失效。

圖2 低速軸尾盤螺栓斷裂和松動(dòng)

3.傳動(dòng)失效原因分析

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)，導(dǎo)致低速軸與花鍵套的過盈配合產(chǎn)生微動(dòng)磨損和松動(dòng)而失效，尾盤連接螺栓也承受較大應(yīng)力。當(dāng)軸瓦與轉(zhuǎn)子軸肩碰磨時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生很大的向后的軸向力，該軸向力將低速軸花鍵套的尾盤螺栓拉長(zhǎng)、拉斷，低速軸與花鍵套失去軸向限位功能而軸向相對(duì)活動(dòng)。機(jī)組搬遷前大修時(shí)，沒有對(duì)負(fù)荷齒輪箱進(jìn)行檢查，對(duì)螺栓斷裂、花鍵齒軸向相對(duì)活動(dòng)現(xiàn)象也沒有發(fā)現(xiàn)。

機(jī)組試運(yùn)時(shí)，發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)值垂直6 mm/s、水平9 mm/s、軸向12 mm/s水平。機(jī)組原設(shè)計(jì)只安裝了水平方向振動(dòng)探頭，沒有垂直和軸向監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示的振動(dòng)值為9 mm/s水平?，F(xiàn)場(chǎng)人員認(rèn)為振動(dòng)值偏大，將振動(dòng)探頭由原來的水平方向改為垂直方向安裝，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示振動(dòng)值為6 mm/s水平。在軸承振動(dòng)未改觀的情況下，認(rèn)為機(jī)組的振動(dòng)值處于合理水平，遂交工投運(yùn)。

機(jī)組運(yùn)行期間，出現(xiàn)負(fù)荷齒輪箱箱體及軸承有溫度升高及振動(dòng)增大現(xiàn)象，應(yīng)為花鍵齒磨損所致，但運(yùn)行人員認(rèn)為沒有超過限值，繼續(xù)運(yùn)行。

軸向振動(dòng)一直較大，花鍵齒及過盈配合面始終存在軸向摩擦及磨損，同時(shí)還伴有徑向摩擦及磨損?；ㄦI齒存在較大的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的磨損很劇烈。隨磨損量的增加，磨損速度不斷加快，最終導(dǎo)致花鍵齒傳動(dòng)失效。

三、軸向振動(dòng)大原因

1.軸瓦安裝存在偏差

軸瓦安裝時(shí)存在傾斜，沒有與軸頸保持揚(yáng)度一致，軸頸的中心線和軸瓦的中心線產(chǎn)生了一個(gè)夾角，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，油膜會(huì)產(chǎn)生一個(gè)軸向力，這個(gè)軸向力誘發(fā)端蓋的軸向振動(dòng)，同時(shí)對(duì)端蓋產(chǎn)生一個(gè)偏轉(zhuǎn)力矩。軸瓦存在傾斜，轉(zhuǎn)子落位后，軸頸的承力中心線落在了軸承端蓋幾何中心線的外側(cè)，轉(zhuǎn)子的重力及振動(dòng)力對(duì)端蓋施加一個(gè)偏轉(zhuǎn)力矩。偏轉(zhuǎn)力矩誘發(fā)螺栓松動(dòng)及軸向振動(dòng)增大。

2.后軸承座支撐剛度降低

后軸承座與箱體的連接螺栓因承受較大的軸向動(dòng)應(yīng)力而松動(dòng)，軸承座剛度降低，兩個(gè)軸承座的支撐剛度不對(duì)稱，支撐剛度降低的后軸承座軸向振動(dòng)增加。

3.聯(lián)軸器對(duì)中值超標(biāo)

相當(dāng)于轉(zhuǎn)子存在永久彎曲，運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生偏心力，從而造成轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)。由于偏心力的半徑較小，反應(yīng)在軸承振動(dòng)上是軸向振動(dòng)較大，垂直、橫向振動(dòng)較小。

4.軸瓦間隙超標(biāo)

軸瓦的垂直間隙超標(biāo)0.15 mm，容易誘發(fā)振動(dòng)。

四、小結(jié)

機(jī)組存在較大的軸向振動(dòng)是導(dǎo)致軸瓦與轉(zhuǎn)子軸肩碰磨、花鍵齒傳動(dòng)失效的根本原因，運(yùn)行及檢修人員未對(duì)軸向振動(dòng)給予高度重視是故障的主要原因。運(yùn)行人員應(yīng)提高責(zé)任心，對(duì)軸向振動(dòng)及其它參數(shù)變化及異常情況給予高度重視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。檢修人員應(yīng)嚴(yán)格按照檢修規(guī)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查、檢修。

該機(jī)組監(jiān)測(cè)最小振動(dòng)值的做法是嚴(yán)重錯(cuò)誤的，應(yīng)該監(jiān)測(cè)振動(dòng)值最大者，最好能同時(shí)監(jiān)測(cè)3個(gè)方向的振動(dòng)值。目前很多機(jī)組（尤其是小機(jī)組）未安裝軸向振動(dòng)監(jiān)測(cè)探頭，但軸向振動(dòng)的危害不可小覷，可以加裝軸向振動(dòng)探頭或定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)來加強(qiáng)軸向振動(dòng)的監(jiān)測(cè)。