西門子超超臨界1000MW汽輪機液壓盤車故障分析及處理

摘要：文章以某電廠西門子技術超超臨界1000MW汽輪機在整套啟動過程中發生的液壓盤車故障為例，介紹了投入生產的同類型機組中，頻繁出現的汽輪機液壓盤車故障損壞的過程及處理情況，從液壓盤車的結構、原理以及現場解體檢查的實際情況出發，對液壓盤車的故障原因進行了分析，并制定出相應的可行性措施進行處理，以期能在同類型機組提高液壓盤車可靠性方面有所借鑒。

關鍵詞：西門子；超超臨界；汽輪機；液壓盤車；故障處理

中圖分類號：TK263 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0069-04

1 背景

1.1 相關裝置

某電廠汽輪機是由上海汽輪機有限公司和德國西門子公司聯合設計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八段回熱抽汽、反動凝汽式汽輪機N1000-26.25/600/600（TC4F）。

西門子1000MW汽輪機液壓盤車裝置安裝在前軸承座前，主要由液力調速馬達、離心非接觸式超速離合器、中間軸和必要的軸承及緊固件組成（如下圖1）。液壓馬達直接由頂軸油驅動，即當頂軸系統投入運行時，盤車即投入。在液力馬達的給油管上裝有可調節流閥，用以改變速度。做抬軸試驗時，通過關閉節流閥，可以將軸盤車系統從頂軸系統中隔離出來。

液力馬達通過有齒軸和法蘭轉動超速離合器的外座圈。外座圈由護環和兩個滾珠軸承支承在殼體內；超速離合器的內座圈直接緊固在中間軸的端部上。為了防止軸承在汽輪機正常運行期間發生靜止腐蝕，向液力馬達輸送少量潤滑油，使馬達緩慢

轉動。

盤車裝置是自動嚙合型的，盤車控制電磁閥打開后，高壓工作油通過配油環進入裝有5個液壓油缸的盤車馬達，液壓油缸中的柱塞被液壓油推動向液壓馬達的偏心軸施加扭矩，使得偏心軸旋轉。液壓馬達偏心軸與盤車小軸之間裝有離合器，在轉子轉速低于60r/min后，開啟盤車電磁閥，離合器嚙合，盤車馬達驅動盤車小軸旋轉。在汽輪機沖轉達到一定轉速后，離合器在離心力作用下自動脫開，盤車馬達開始自行空轉，隨后盤車電磁閥關閉，液壓馬達在潤滑油的作用下，以6～12r/min的速度

空轉。

驅動液壓盤車的液壓馬達由5個伸縮油缸、1根偏心軸以及配流盤等組成，為徑向柱塞式液壓馬達。馬達的工作原理為把工作油的壓能轉換為使驅動軸轉動的動能。需要盤車時，頂軸油的電磁閥打開，借助于在伸縮油缸中的壓力油柱，把壓力傳遞給馬達的輸出偏心軸，使馬達伸出軸通過中間傳動軸帶動轉子轉動，其自動化程度較高。如下圖2：

1.2 某廠6號機組整套啟動期間液壓盤車故障過程

2011年2月22日12：09，6號機組負荷867MW時，鍋爐MFT動作，機組跳閘。

12：53，主機轉速低于510rpm時，6A、B頂軸油泵聯啟，就地確認油壓及泵運行正常。

13：51，主機轉速降至120rpm，盤車電磁閥聯開正常。

14：16，主機轉速降至60rpm，就地檢查發現盤車液壓馬達轉動聲音微弱，立即手動開大供油手動門，但主機轉速仍緩慢下降；調試、工程、監理各方立即就地檢查，確認盤車工作不正常，就地已將供油手動門全開而轉速仍不能維持，啟動3臺頂軸油泵并將盤車電磁閥及手動門開關數次仍舊不能維持轉速，調試要求保持主機真空及軸封系統正常運行，主機轉速降至2rpm后，施工人員采取就地手動盤車的方式，維持盤車轉速1.5rpm左右。

手動盤車期間，施工人員在線檢查更換盤車電磁閥后，盤車仍不能正常工作，各方決定維持手動門盤車，等缸溫降至廠家標準時，檢查盤車裝置及1號瓦。手動盤車期間主機振動及偏心、瓦溫及油溫、油壓、頂軸油壓正常，對機組運行可靠性產生較大的影響。

2 液壓盤車解體檢查情況

2.1 6號機組損壞的液壓盤車解體情況

2月23日上海汽輪機廠技術人員到達現場，與現場人員開會討論處理方案，為保護汽輪機軸瓦和轉子免受損壞，決定在高壓缸內缸壁溫180°時采取短時停潤滑油、頂軸油系統，將液壓盤車從系統拆卸進行解體，并檢查1號軸承座供油控制模塊內部；在高壓缸內缸壁溫低于120°時停止手動

盤車。

3月3日汽輪機高壓缸內缸壁溫到180°，短時停運潤滑油、頂軸油系統，現場進行拆卸液壓盤車及檢查1號軸承座供油控制模塊工作。

2.1.1 檢修人員檢查1號軸承座供油控制模塊，發現：液壓盤車壓力油供油調節閥節流孔脫落，供油控制模塊節流孔為螺紋連接，為防止脫落，標準要求要在螺紋上涂粘合劑后緊固，現場檢查未發現涂膠痕跡；節流孔脫落直接造成液壓盤車壓力油供油調節失控，如下圖3所示：

2.1.2 檢修人員解體6號機組損壞的液壓盤車情況。拆除6號機液壓盤車，隨后恢復油系統運行和手動盤車。對6號機液壓盤車解體檢查后，發現盤車存在以下部件損壞故障：

離心非接觸式超速離合器磨損嚴重：離合器傳動楔塊沖擊磨損嚴重，有的已經脫落碎裂；楔塊的拉緊彈簧全部脫落并沖擊、摩擦成碎屑；離合器內、外環都有明顯的摩擦痕跡；在離合器腔室內有許多彈簧、楔塊以及摩擦成堆的金屬碎屑。

液壓盤車小軸軸瓦磨損嚴重：超速離合器磨損的金屬碎屑進入小軸軸瓦，造成軸瓦烏金的拉傷、磨損。另外，檢查還發現：軸瓦的頂軸油囊氣蝕嚴重，頂軸油囊已經損壞。

液壓馬達配油盤傳動鍵槽及傳動銷頭磨損：液壓馬達配油盤通過傳動銷與液壓馬達偏心曲軸連接，跟隨液壓馬達曲軸旋轉，起到為液壓馬達5個伸縮油缸切換供、回油的作用，液壓馬達配油盤是液壓馬達的關鍵部件，沒有它的旋轉完成供、回油切換，液壓馬達將失去動力；液壓馬達配油盤傳動鍵槽及傳動銷頭磨損后，配油盤將不會隨偏心曲軸旋轉，液壓馬達失去動力。

液壓馬達配油盤進油孔與回油腔室密封圈磨損：液壓馬達配油盤進油孔與回油腔室密封圈的作用是在配油盤旋轉時，隔離進油孔與回油室。密封圈磨損失去作用，液壓馬達壓力油進油進入配油盤后會直接短路進入回油室，液壓馬達將因壓力油不足而失去動力。

2.2 對要更換的新液壓盤車解體情況

針對6號機液壓盤車的損壞情況，現場已無法修復使用，需要返廠處理。現場決定更換新的液壓盤車，鑒于液壓盤車可靠性較差的現狀，在廠家人員指導下，現場人員對新盤車進行了解體。檢查發現問題如下：

2.2.1 離心非接觸式超速離合器2只傳動楔塊卡澀。檢查新的離心非接觸式超速離合器傳動楔塊2只卡澀不靈活，離心非接觸式超速離合器傳動楔塊是靠轉速升高后的離心力克服彈簧力，傳動楔塊收回來實現離合器與液壓馬達脫開，12只傳動楔塊任何1只卡澀都將帶來離合器沖擊損壞、磨損的后果。當前的離合器已不能裝配使用，需要廠家重新更換。

2.2.2 檢查液壓盤車超速離合器腔室、液壓馬達腔室、配油盤腔室，發現存在較多的硬質顆粒，在配油盤腔室還發現許多鑄造沙粒。

3 故障原因分析

3.1 離心非接觸式超速離合器傳動楔塊卡澀的原因

6號機組啟動升速過程中，離心非接觸式超速離合器傳動楔塊卡澀，沒有及時脫開，汽輪機轉子高速沖擊造成離合器損壞，是本次6號機組降速時，液壓盤車無法工作的主要原因：

3.1.1 離心非接觸式超速離合器可靠性較差，傳動楔塊很容易卡澀。離心非接觸式超速離合器傳動楔塊的脫開與嚙合原理如下圖4所示。靜止或者盤車轉速下，傳動楔塊靠底部彈簧力拉住維持嚙合狀態，此時，離合器與傳動外環嚙合，液壓馬達可以帶動汽輪機轉子旋轉；當汽輪機轉速升高，盤車需要脫開時，在離心力的作用下，傳動楔塊的底部重量大的部分克服彈簧力向外甩出，傳動楔塊翻轉維持脫開狀態，離合器與傳動外環脫開。

由此，傳動楔塊靈活與否是離合器正常工作的關鍵，12只傳動楔塊任何1只卡澀都將帶來離合器沖擊損壞、磨損的后果。

影響傳動楔塊卡澀的因素很多，包括傳動楔塊的配合間隙、楔塊彈簧的可靠性與預緊力等，另外廠家裝配時離合器室的清潔度、投入運行過程中現場油質的顆粒度都將是重要的不確定影響因素。對廠家原裝的新液壓盤車解體時就發現離合器傳動楔塊的配合間隙小而卡澀，另外離合器室的硬質顆粒也較多。

3.1.2 本次解體檢查盤車小軸的軸瓦，沿軸瓦長度方向的接觸痕跡比較均勻，沒有發現偏磨情況；另外現場盤車安裝過程中，嚴格按照制造廠圖紙的要求進行中心調整，保證盤車小軸中心高于高壓轉子中心0.10±0.02mm；可以排除中心不良造成盤車小軸受到彎曲應力的情況。

3.2 液壓馬達配油盤傳動鍵槽、傳動銷頭磨損及配油盤進油孔與回油腔室密封圈磨損的原因分析

液壓馬達配油盤傳動鍵槽及傳動銷頭磨損，配油盤將不會隨偏心曲軸旋轉，使液壓馬達失去動力；另外液壓馬達配油盤進油孔與回油腔室密封圈磨損，液壓馬達也因壓力油不足而失去動力，也是本次液壓盤車無法工作的原因之一：

3.2.1 離合器未脫開，液壓馬達曲軸被汽輪機轉子帶動高速旋轉，造成液壓馬達內部用于向5個液壓油缸分配高壓工作油的配流盤與液壓馬達主軸之間的傳動桿也高速旋轉，造成沖擊。

3.2.2 從廠家原裝液壓馬達解體看，配流盤回油室內存在很多鑄造沙粒，造成配流盤與回油室配合接合面磨損，進油孔與回油腔室密封圈磨損，同時，配流盤卡澀不能隨傳動桿高速旋轉，使配流盤與傳動桿之間的傳動鍵槽磨損。

3.3 液壓盤車壓力油供油調節閥節流孔脫落

液壓盤車壓力油供油調節閥節流孔脫落，造成液壓盤車壓力油供油調節失控，也使盤車工作狀態更加惡化，并且促使盤車小軸軸瓦頂軸油量大增，直接造成了小軸軸瓦頂軸油囊的氣蝕損壞。

4 現場處理

（1）聯系廠家重新提供1套新的離合器，經檢查確認所有離合器傳動楔塊動作靈活后，對新的液壓盤車進行組裝。

（2）徹底清理液壓盤車超速離合器腔室、液壓馬達腔室、配油盤腔室以及油管路的硬質顆粒，保證新盤車的裝配清潔度。

（3）嚴格按照制造廠圖紙的要求的對中標準及裝配標準，現場更換新盤車。

（4）解體清理1號軸承座供油控制模塊，對脫落的壓力油供油調節閥節流孔，按照廠家標準重新裝配。

（5）嚴格控制現場油質情況，頂軸油、潤滑油油質顆粒度在NAS5級以下時方可投運液壓盤車油路；重新做抬軸試驗后，啟動液壓盤車，狀態良好。處理完畢。

5 結語

通過生產現場對液壓盤車故障的分析及處理，總結出一些提高液壓盤車可靠性的生產經驗，并針對存在的問題提出一些建議供探討：

（1）液壓盤車裝配時，應嚴格控制超速離合器腔室，液壓馬達腔室，配油盤腔室、油管路以及供油控制模塊等部件的清潔度；新部件到現場，最好的辦法是解體進行徹底的檢查、清理，必要時，應在安裝前進行大流量油沖洗。

（2）液壓盤車的供油系統的油質狀況，隨時隨地都要嚴格保證。

（3）制造廠圖紙的要求的對中標準及裝配標準是液壓盤車工作的良好保證，必須嚴格執行；應特別注意的工藝：液壓盤車對中須在垂直接合面加裝磨制的楔形墊片；中心數據應根據機組高壓轉子冷熱態揚度的變化予以合理控制。

（4）當前的液壓盤車選用的是離心非接觸式超速離合器，可靠性較差，可以進行接觸式超速離合器的改型可行性研究。

（5）鑒于1000MW機組汽輪機液壓盤車可靠性偏差的現狀，可以進行液壓盤車油路改造，實現在線隔離拆裝的可行性研究。

液壓盤車是汽輪機啟停過程中的重要部件，保證其可靠性對于機組的安全穩定至關重要，對液壓盤車的可靠性研究將是技術人員長期的課題，任重而道遠。

參考文獻

[1] 陶鼎文.火力發電設備技術手冊（第二卷）[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2] 郭延秋.大型火電機組檢修實用技術叢書（汽輪機分冊）

[M].北京：中國電力出版社，2003.

作者簡介：何金根（1984-），男，安徽人，神華廣東國華粵電臺山發電有限公司助理工程師，研究方向：火電廠集控運行。

（責任編輯：周加轉）