方建勇

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州 310018)

某汽輪機(jī)盤車裝置損壞原因分析及改進(jìn)措施

方建勇

(杭州華電下沙熱電有限公司，杭州 310018)

介紹了某汽輪機(jī)盤車裝置的工作原理及一次齒輪嚴(yán)重?fù)p壞事件的經(jīng)過。通過分析盤車裝置損壞的啟動(dòng)過程曲線，確定了熱工邏輯存在的一些問題。對齒輪進(jìn)行補(bǔ)堆焊及打磨處理，并對熱工邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，保障了盤車裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

汽輪機(jī)；盤車裝置；齒輪；熱工邏輯

0 引言

汽輪機(jī)盤車裝置是汽輪機(jī)在非工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿χ唬谴_保汽輪機(jī)冷態(tài)預(yù)熱和熱態(tài)降溫均勻、避免轉(zhuǎn)子變形的關(guān)鍵設(shè)備，它的正常與否關(guān)系到機(jī)組安全。本文對一起盤車裝置損壞的案例進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

1 某機(jī)組盤車裝置技術(shù)參數(shù)及工作原理[1]

技術(shù)參數(shù)：盤車型號，DDZP11-IIIL(電機(jī)立式安裝)；電機(jī)功率，11 kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速，1 450 r/min；軸系盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，4.3 r/min；進(jìn)油壓力，0.08～0.12 MPa；油缸推力，700 N。

盤車裝置主要由減速機(jī)、箱體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓裝置、電氣控制等部分組成。安裝形式采用立式，也可選擇臥式，主要根據(jù)安裝空間來選擇。性能要求：能耗低、運(yùn)行平穩(wěn)、操作簡單省力、安全可靠、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操控，特別在自動(dòng)投入過程中具有瞬動(dòng)功能，避免頂齒時(shí)強(qiáng)行啟動(dòng)。

盤車裝置與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大齒輪的力量傳遞通過盤車裝置齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的擺動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)。擺動(dòng)齒輪副在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的頂桿推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)與汽輪機(jī)大齒輪的切向嚙合，減速機(jī)與電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接，其輸出扭矩通過齒輪副和擺動(dòng)齒輪副盤動(dòng)汽輪機(jī)大齒輪及其中軸系轉(zhuǎn)動(dòng)。

盤車裝置工作過程中，當(dāng)電磁閥得電時(shí)，壓力油經(jīng)電磁閥、操縱滑閥進(jìn)入旋轉(zhuǎn)油缸，旋轉(zhuǎn)油缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)活塞在壓力油的作用下，克服壓縮彈簧的阻力帶動(dòng)曲柄和手柄轉(zhuǎn)動(dòng)，并推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)使擺動(dòng)齒輪向下擺動(dòng)，與汽輪機(jī)大齒輪嚙合，此時(shí)手柄壓下行程開關(guān)啟動(dòng)電機(jī)，盤車裝置盤轉(zhuǎn)汽輪機(jī)軸系，電磁閥斷電，油缸泄油。

汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)大齒輪線速度高于擺動(dòng)齒輪時(shí)，連桿受向上慣性力作用，克服彈簧阻力帶動(dòng)擺動(dòng)齒輪迅速通過自鎖點(diǎn)，同時(shí)推動(dòng)曲柄，使油缸旋轉(zhuǎn)活塞迅速恢復(fù)到初始位置并鎖緊，擺動(dòng)齒輪與汽輪機(jī)大齒輪脫開，盤轉(zhuǎn)結(jié)束。

盤車裝置主要功能。

(1)瞬動(dòng)功能。盤車自動(dòng)投入時(shí)電動(dòng)機(jī)的瞬動(dòng)(0.06～0.10 s)功能避免頂齒時(shí)強(qiáng)行啟動(dòng)而引起振動(dòng)、齒輪損壞，從而保證了擺動(dòng)齒輪與汽輪機(jī)大齒輪的安全。

(2)電磁閥安全保護(hù)裝置。電磁閥后端的微動(dòng)開關(guān)能夠有效地監(jiān)控其工作狀態(tài)，避免電磁閥芯卡澀時(shí)擺動(dòng)油缸在非工作狀態(tài)進(jìn)油，確保汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)盤車順利脫開。

(3)彈性減振。碟形彈簧減振裝置可有效地避免盤車投入啟動(dòng)時(shí)因受沖擊載荷而損壞。

(4)擺動(dòng)油缸。由隔塊及旋轉(zhuǎn)活塞組成的擺動(dòng)式油缸推動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)盤車擺動(dòng)齒輪的切向投入。

(5)遠(yuǎn)程控制。為了實(shí)現(xiàn)盤車的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，在電氣控制柜留有相應(yīng)接口。

(6)曲柄連桿。曲柄連桿機(jī)構(gòu)具有推動(dòng)擺動(dòng)齒輪嚙合和汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后自鎖擺動(dòng)齒輪的雙重作用。

(7)操縱滑閥。將電磁閥和擺動(dòng)油缸有機(jī)地結(jié)合成液壓控制回路，實(shí)現(xiàn)盤車的自動(dòng)和手動(dòng)投入。

2 事件經(jīng)過

2015年12月18日清晨，某電廠機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，由于投軸封建真空過程中盤車脫扣沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，且盤車裝置一直處于自動(dòng)狀態(tài)，故在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)瞬間滿足盤車啟動(dòng)條件后，盤車裝置自啟動(dòng)，但汽輪機(jī)也開始沖轉(zhuǎn)。運(yùn)行人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)盤車處發(fā)出明顯金屬異響并出現(xiàn)火花時(shí)緊急停機(jī)，但為時(shí)已晚，盤車裝置已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞，齒輪損壞需更換或修理，如圖1～圖3所示。

圖1 擺動(dòng)齒輪損壞

圖2 齒輪上缸蓋被齒輪頂裂

圖3 汽輪機(jī)大齒多處損壞

3 事件分析

盤車損壞的啟動(dòng)過程曲線如圖4所示，曲線上各關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)如下。

圖4 盤車損壞的啟動(dòng)過程曲線

(1)06：21：50，汽輪機(jī)盤車在沒有接收到分散控制系統(tǒng)(DCS)指令的情況下自動(dòng)脫開，停止運(yùn)行(在真空及軸封漏汽的影響下，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升導(dǎo)致)。

(2)盤車脫開后，轉(zhuǎn)速最高升到5.2 r/min，然后慢慢下降(漏汽量不足以沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī))。

(3)06：24：34，盤車轉(zhuǎn)速降到1.1 r/min后，變成壞點(diǎn)(系統(tǒng)只有1個(gè)低速探頭，均接入同一塊轉(zhuǎn)速卡上的2個(gè)冗余轉(zhuǎn)速回路，當(dāng)此轉(zhuǎn)速卡死機(jī)后，同時(shí)送出2個(gè)相同的壞點(diǎn)數(shù)據(jù)；冗余設(shè)置不夠完善)。

(4)06：26：22，汽輪機(jī)掛閘并開始沖轉(zhuǎn)(沖轉(zhuǎn)前未檢查盤車裝置是否正常)。

(5)06：27：30，沖轉(zhuǎn)后DCS發(fā)出盤車運(yùn)行指令(汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)，盤車齒輪又發(fā)出嚙合指令，導(dǎo)致齒輪被打壞)。

曲線分析。

(1)06：21：50，盤車自動(dòng)脫開。觀察歷史曲線，發(fā)現(xiàn)在盤車脫開停止運(yùn)行前，調(diào)節(jié)閥前壓力有2次微小的上升波動(dòng)，軸封漏汽及真空共同作用造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升后，盤車齒輪自動(dòng)脫開，此時(shí)盤車應(yīng)保持正常運(yùn)行至沖轉(zhuǎn)后再自動(dòng)脫開。

(2)06：24：34，盤車轉(zhuǎn)速一直降到1.1 r/min后，變成壞點(diǎn)。DCS內(nèi)部邏輯設(shè)置盤車自動(dòng)投入轉(zhuǎn)速為小于1.0 r/min，但盤車最低有效轉(zhuǎn)速為1.1 r/min，以后即成為壞點(diǎn)，邏輯自動(dòng)記憶壞點(diǎn)前一刻的數(shù)值，內(nèi)部參與運(yùn)算的轉(zhuǎn)速值永遠(yuǎn)不會(huì)小于1.0 r/min，即盤車不會(huì)自啟動(dòng)。本特利3 500/50轉(zhuǎn)速卡件在轉(zhuǎn)速過低時(shí)可能會(huì)輸出小于3.7 mA的信號，導(dǎo)致DCS認(rèn)為變成壞點(diǎn)(正常零轉(zhuǎn)速信號是4.0 mA)；同時(shí)，根據(jù)卡件的使用時(shí)間，它輸出的3.7 mA信號可能也會(huì)有一個(gè)微小的偏移，而小于1.0 r/min自啟動(dòng)盤車的邏輯定值，設(shè)置得過于接近0 r/min了。

(3)06：27：30，汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)，DCS的零轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，但在那一瞬間，轉(zhuǎn)速還是小于1.0 r/min，故DCS發(fā)出自啟動(dòng)盤車的信號；盤車控制柜接到遠(yuǎn)方控制信號后，不斷要求盤車投入，但此時(shí)由于汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速很快，盤車已經(jīng)無法正常投入，導(dǎo)致齒輪嚴(yán)重?fù)p壞。

4 盤車裝置修復(fù)及改進(jìn)措施

根據(jù)盤車裝置的損壞情況，機(jī)務(wù)方面主要進(jìn)行修復(fù)處理：更換盤車機(jī)構(gòu)(含擺動(dòng)齒輪)、補(bǔ)焊齒輪上缸蓋法蘭面開裂處、修補(bǔ)大齒輪(共180個(gè)齒，其中42個(gè)齒需進(jìn)行焊接打磨修復(fù)，對其余138個(gè)齒進(jìn)行打磨修復(fù))。雖然更換大齒輪是最佳方案，但考慮時(shí)間及搶修的方便，采用同質(zhì)焊條補(bǔ)堆焊、打磨的處理方式，但之后沒有熱處理環(huán)節(jié)，新齒的強(qiáng)度低于原件，并且大齒輪表面沒有經(jīng)過硬化處理。因此，在以后投用盤車時(shí)，應(yīng)盡量避免在補(bǔ)焊最嚴(yán)重的6個(gè)齒區(qū)域直接投自動(dòng)盤車(在6個(gè)齒的大軸與端蓋間標(biāo)注好“危險(xiǎn)嚙合位置”)。

另外，在焊、補(bǔ)過程中，采用微弧冷焊的工藝進(jìn)行修復(fù)。微弧冷焊修復(fù)屬于現(xiàn)場修復(fù)，易操作，熱輸入量低，補(bǔ)焊過程中無熱應(yīng)力，修復(fù)部位溫度控制在60 ℃以內(nèi)；補(bǔ)焊材料為鎳基合金焊絲，硬度及材質(zhì)與母材接近，耐磨損性能較好；只修復(fù)磨損部位，冶金結(jié)合，不影響母材性能。

冷焊的工藝措施。

(1)表面清理。用丙酮擦拭齒輪磨損部位進(jìn)行表面去油；用砂紙打磨，去除表面氧化層。

(2)堆焊磨損部位。 冷焊電壓為135 V，脈沖頻率為30 Hz，氬氣保護(hù)氣流量為3～6 L/min；控制工件溫度在50 ℃以內(nèi)；焊接時(shí)間根據(jù)溝槽深度靈活掌握；用合金焊絲作填充材料，硬度與原機(jī)體接近。

(3)打磨、修平。 打磨、修平分2次進(jìn)行，首次用打磨工具對高出鄰近基準(zhǔn)面的部位進(jìn)行打磨修平，保證補(bǔ)焊磨損部位達(dá)到齒輪嚙合要求；然后，裝復(fù)盤車裝置，連續(xù)盤車1 h后，再根據(jù)齒輪壓磨痕跡繼續(xù)精細(xì)修平。

電氣熱工方面主要進(jìn)行如下優(yōu)化。

(1)增加1個(gè)零轉(zhuǎn)速探頭和1塊3 500/50轉(zhuǎn)速卡件，實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速4取2優(yōu)選，真正實(shí)現(xiàn)冗余配置，提高設(shè)備的可靠性，降低再次同時(shí)出現(xiàn)壞點(diǎn)的幾率。

(2)將轉(zhuǎn)速小于1.0 r/min自動(dòng)投盤車的邏輯定值更改為小于1.5 r/min，防止卡件死機(jī)的影響。

(3)原盤車允許啟動(dòng)條件的邏輯中，在轉(zhuǎn)速小于1.0 r/min盤車投入的信號，增加一個(gè)延時(shí)5 s的限制條件；同時(shí)，增加2個(gè)限制啟動(dòng)的邏輯：主汽門關(guān)閉、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于5.0 r/min。

(4)增加一個(gè)零轉(zhuǎn)速異常的報(bào)警，以幫助運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)盤車異常。

(5)為避開危險(xiǎn)嚙合位置，在DCS上盤車裝置的自動(dòng)控制回路增加一個(gè)斷點(diǎn)，盤車因故跳閘后不會(huì)自啟，需要到現(xiàn)場檢查大軸位置，復(fù)位控制回路后才允許繼續(xù)盤車。

運(yùn)行方面：進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，在汽輪機(jī)啟動(dòng)操作票的沖轉(zhuǎn)流程前增加檢查盤車裝置是否正常的流程；另外，盤車裝置投用前需要現(xiàn)場檢查大軸位置，如在標(biāo)注的危險(xiǎn)嚙合位置時(shí)，先選用手動(dòng)盤車，且盤車電機(jī)采用手動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)，只有在偏離上述位置后，方可投自動(dòng)盤車。

5 結(jié)束語

盤車裝置是汽輪機(jī)組的重要設(shè)備之一，在機(jī)組啟動(dòng)或停止時(shí)，它能否正常、連續(xù)工作，直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行，盤車裝置出現(xiàn)異常將增大檢修維護(hù)量，加大運(yùn)行人員操作難度。機(jī)組停運(yùn)后盤車裝置啟動(dòng)時(shí)，盡可能手動(dòng)啟動(dòng)盤車，以減少可能出現(xiàn)的頂齒情況和對齒輪造成的沖擊影響；另外，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前務(wù)必檢查盤車裝置是否正常，降低設(shè)備受損的可能性，切實(shí)保證汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]連云港透平能源設(shè)備有限公司.DDZP11-IIIL型低速自動(dòng)盤車使用說明書[Z].

(本文責(zé)編：劉芳)

2016-11-10；

2016-12-28

TM 621.3

B

1674-1951(2017)01-0053-03

方建勇(1970—)，男，浙江杭州人，高級工程師，從事發(fā)電廠管理工作(E-mail:904958382@qq.com)。