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        汽輪機(jī)盤車故障分析

        2021-08-01 23:43:51馬崗張?jiān)?/span>
        家園·電力與科技 2021年6期

        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(duì)固定銷斷裂的原因進(jìn)行分析,并提出現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)前或停機(jī)后用來(lái)盤動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系。

        汽輪機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前投入盤車裝置使轉(zhuǎn)子緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),檢查汽輪機(jī)內(nèi)部的動(dòng)、靜部分是否存在摩碰現(xiàn)象,汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)可以減少轉(zhuǎn)子啟動(dòng)摩擦力,減少葉片沖擊力,并在暖機(jī)過(guò)程中使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)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(chǎng)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(shí),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(dòng)機(jī)、用來(lái)減速的大小齒輪傳動(dòng)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn),通過(guò)傳動(dòng)鏈條、從動(dòng)鏈輪、蝸桿、蝸輪、蝸輪軸小齒輪以及惰輪來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以3.38r/min 的速度旋轉(zhuǎn)。本裝置電動(dòng)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(zhǎng)135節(jié)。鏈輪的傳動(dòng)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(guò)

        某電廠2號(hào)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(shí)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(shí)候后,盤車電機(jī)電流突增至99.05A,電機(jī)過(guò)熱保護(hù)動(dòng)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(dòng)作均正常。在潤(rùn)滑油及頂軸油均正常情況下,進(jìn)行手動(dòng)盤車,轉(zhuǎn)子無(wú)法盤動(dòng)。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(dòng)端軸套與蝸桿抱死,無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)一步解體發(fā)現(xiàn)蝸桿驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(wú)法啟動(dòng)盤車裝置。現(xiàn)從盤車齒輪所受載荷對(duì)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(dòng)鏈輪齒數(shù)Z2=35,盤車電機(jī)主動(dòng)鏈輪齒數(shù)Z1=25,電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=980rpm,傳動(dòng)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(dòng)的效率約為0.94~0.96,為簡(jiǎn)化計(jì)算近似認(rèn)為蝸桿的輸入功率為電動(dòng)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(cè)量D=76mm;

        d為定位銷的直徑 mm,測(cè)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(duì)某廠盤車裝置蝸桿驅(qū)動(dòng)端調(diào)整墊片定位銷設(shè)計(jì)及制造廠裝配問(wèn)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(shí)將損壞的蝸桿推力軸承軸套更換以及在裝配時(shí)檢查確認(rèn)定位銷已妥善嵌入調(diào)整墊片溝槽中,盤動(dòng)裝置檢查機(jī)構(gòu)工作正常。

        現(xiàn)對(duì)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?rùn)z修時(shí)必須進(jìn)行檢查。(2)盤車裝置跳閘后正確采取悶缸措施,對(duì)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(méi)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(huì)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(shí)加強(qiáng)沖車時(shí)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(duì)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(shí)不會(huì)出現(xiàn)因蝸桿定位銷斷裂導(dǎo)致汽輪機(jī)盤車無(wú)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(cè)(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

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