高溫氣冷堆示范工程汽輪機(jī)盤車裝置自動脫開故障分析及處理

李小龍，董毓暉，朱興文，原 玉，侯小龍

(華能山東石島灣核電有限公司，山東 榮成 264312)

汽輪機(jī)盤車裝置是在汽輪機(jī)啟動前及停機(jī)后帶動軸系旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置，是確保汽輪機(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，其穩(wěn)定運(yùn)行對于機(jī)組的安全至關(guān)重要。

高溫氣冷堆示范工程采用低速側(cè)裝式盤車裝置，其安裝在低壓缸發(fā)電機(jī)側(cè)的軸承承座上。該盤車裝置既能手動投入，又能自動投入；既能手動盤車，又能電動盤車；既能連續(xù)運(yùn)行，又能點(diǎn)動運(yùn)行。盤車電動機(jī)為Y2-225S-4型封閉式三相異步電動機(jī)，功率為37 kW，轉(zhuǎn)速為1 480 r/min，通過各大小齒輪將動力傳遞至嚙合齒輪，最終和安裝在低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩聯(lián)軸器間裝設(shè)的盤車大齒輪嚙合，使它以3.79 r/min的速度來盤動轉(zhuǎn)子。

本文對高溫堆汽輪機(jī)盤車裝置在自動連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的停運(yùn)并脫開的故障進(jìn)行了詳細(xì)分析，最終確認(rèn)其是由齒輪嚙合不良引起操縱桿晃動導(dǎo)致，并提出了解決措施。

1 高溫堆盤車裝置自動脫開故障分析

1.1 問題現(xiàn)象描述

在某次進(jìn)行汽輪機(jī)盤車定期保養(yǎng)時，將盤車裝置啟動投入自動連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)行1 min后，盤車裝置突然停運(yùn)并與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子自動脫開。經(jīng)多次試運(yùn)排查，仍然出現(xiàn)了自動連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下盤車裝置突然停運(yùn)并脫開的現(xiàn)象。

1.2 故障原因分析

高溫氣冷堆示范工程采用低速側(cè)裝式盤車裝置，其安裝在低壓缸發(fā)電機(jī)側(cè)的軸承承座上。該盤車裝置既能手動投入，又能自動投入；既能手動盤車，又能電動盤車；既能連續(xù)運(yùn)行，又能點(diǎn)動運(yùn)行。

汽輪機(jī)盤車控制回路電氣圖，如圖1和圖2所示(回路導(dǎo)通條件已標(biāo)注)，回路中設(shè)備名稱及導(dǎo)通條件見表1。

表1 電氣回路設(shè)備名稱及接點(diǎn)導(dǎo)通條件表Table 1 Conditions for the conduction of the electrical circuit equipment

圖1 盤車裝置運(yùn)行電氣原理圖Fig.1 The electrical schematic of turning gear operation

圖2 盤車裝置自動順序運(yùn)行電氣原理圖Fig.2 The electrical schematic of automatic sequential operation of the turning gear

在連續(xù)盤車運(yùn)行狀態(tài)下，導(dǎo)致盤車電機(jī)停運(yùn)的原因可能有：

2)盤車電機(jī)的熱繼電器或接觸器出現(xiàn)問題，導(dǎo)致盤車電機(jī)斷電停運(yùn)；

1.3 原因排查

將盤車控制回路打至切除位，在斷電保證安全的前提下，對馬達(dá)保護(hù)帽、頂軸油壓、接觸器和熱繼回路進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

通過以上檢查試驗(yàn)和故障復(fù)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)每次停運(yùn)脫開首先是由于操縱桿位置由嚙合位甩開到脫開位，進(jìn)而導(dǎo)致的盤車控制回路斷開致使電機(jī)停運(yùn)。

自動連續(xù)盤車和手動連續(xù)盤車的根本區(qū)別在于：自動模式下由壓縮空氣通過3個電磁閥作用于氣動嚙合缸使操縱桿帶動嚙合齒輪與盤車大齒輪嚙合，而手動模式下無壓縮空氣，只能人為手動操作嚙合操縱桿進(jìn)行手動嚙合，如圖3所示。

圖3 壓空供氣原理圖Fig.3 The schematic of compressed air supply

經(jīng)分析可知，在盤車自動連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，初始從零轉(zhuǎn)速至大于1 r/min后穩(wěn)定運(yùn)行10 s內(nèi)，由于嚙合用壓縮空氣持續(xù)供應(yīng)，將保持盤車嚙合狀態(tài)，但是當(dāng)氣缸內(nèi)嚙合用壓縮空氣排出后，由于某種原因使得操縱桿向左移動到達(dá)脫開位，進(jìn)而使盤車電機(jī)停運(yùn)?？紤]可能存在的故障：

將脫開供氣管拆除，分別在未運(yùn)行靜止態(tài)，手動連續(xù)運(yùn)行態(tài)以及自動穩(wěn)定運(yùn)行未脫開期間，用紙巾測試均未檢測到脫開供氣管漏氣，故排除電磁閥漏氣的可能。

綜上分析，最終確認(rèn)故障原因是盤車連續(xù)運(yùn)行期間，操縱桿發(fā)生晃動，當(dāng)晃動幅度較大晃至中間位置時，在自動模式下，脫開電磁閥得電致使操縱桿完全脫開，電機(jī)停運(yùn)。汽輪機(jī)盤車裝置自安裝調(diào)試以來經(jīng)過多次運(yùn)轉(zhuǎn)，均可穩(wěn)定運(yùn)行，而最近突然會發(fā)生不穩(wěn)定運(yùn)行情況，經(jīng)分析及經(jīng)驗(yàn)反饋可知，裝置前期使用時各部件都比較完好，嚙合齒輪與盤車大齒輪咬合良好，驅(qū)動受力恒定。隨著時間延長，盤車次數(shù)增多，且在自動捏合過程中可能發(fā)生齒頂齒的情況沖擊，齒輪嚙合情況逐漸下降，另外高溫堆示范工程的汽輪機(jī)從安裝到整組啟動間隔很長，盤車每半月進(jìn)行一次，進(jìn)行次數(shù)較多，因此出現(xiàn)了齒輪嚙合不良導(dǎo)致操縱桿晃動的情況。

2 處理及建議措施

后續(xù)對盤車裝置進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)盤車嚙合部分齒輪表面存在磨損，盤車大齒輪1齒的齒頂磨損較明顯，盤車裝置在嚙合位置時，2號擋塊與擋板貼緊，1號擋塊有松動現(xiàn)象，在盤車裝置油箱及底部濾網(wǎng)發(fā)現(xiàn)金屬碎屑、金屬絲和金屬條狀物，分析此故障的直接原因?yàn)?號擋塊與擋板存在間隙，導(dǎo)致盤車大齒輪和嚙合齒輪嚙合面不平行，受力不均勻，長期運(yùn)行后造成齒輪磨損。根本原因是安裝單位對圖紙的技術(shù)要求落實(shí)不到位，對現(xiàn)場安裝存在困難的技術(shù)要求未能進(jìn)行澄清并要求答復(fù)，未能逐條按照圖紙技術(shù)要求進(jìn)行安裝并形成相應(yīng)記錄。事后廠家對嚙合齒輪齒面進(jìn)行了修磨，并且將2號擋塊由30.1 mm修磨至29.6 mm，修磨后，1號和2號擋塊均和擋板貼緊。

目前盤車運(yùn)行穩(wěn)定，狀態(tài)良好。

為了防止以后出現(xiàn)此種情況，考慮的建議措施：

1)盡量使用手動盤車。雖然該盤車裝置可以實(shí)現(xiàn)自動投入運(yùn)行功能，但是如果初次嚙合不到位發(fā)生齒頂齒的情況會強(qiáng)制啟動電機(jī)可能造成齒輪的磨損。盡量盤車時使用手動嚙合工具，人為緩慢嚙合，確保嚙合完畢后手動啟動電機(jī)進(jìn)行盤車。但是此時要注意在汽輪機(jī)停運(yùn)后如果盤車在手動位置必須及時派人將盤車手動投入，避免大軸的損壞。

2)增加變頻器，在盤車電機(jī)電纜進(jìn)線前增加變頻器轉(zhuǎn)接。利用變頻器的升速功能，在自動狀態(tài)下保證在初次嚙合不到位發(fā)生齒頂齒的情況下以低速啟動電機(jī)緩慢滑動嚙合，避免全速啟動造成齒輪的磕碰磨損。

3)增加氣動嚙合轉(zhuǎn)換開關(guān)，如圖4所示，在K4-43和K4-14之間加裝轉(zhuǎn)換開關(guān)，在連續(xù)運(yùn)行期間打至接通位，使嚙合供氣電磁閥動作持續(xù)提供壓空動力，保證盤車操縱桿始終處于嚙合狀態(tài)，避免晃動發(fā)生，同時可避免汽輪機(jī)閥門漏汽造成盤車裝置的脫開。

圖4 增加氣動嚙合開關(guān)圖Fig.4 The drawing of adding pneumatic meshing switch

3 結(jié)論

汽輪機(jī)盤車裝置對于機(jī)組的安全至關(guān)重要，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前及停運(yùn)后必須保持盤車的連續(xù)運(yùn)行。本文對盤車裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的自動脫開故障進(jìn)行了詳細(xì)排查確定原因?yàn)辇X輪嚙合不良引起操縱桿晃動導(dǎo)致，并提出了相應(yīng)的建議措施，為后續(xù)機(jī)組的安全調(diào)試及運(yùn)行提供了一定的保障。