汽輪機盤車裝置的應用與分析

梁景昌

摘 要：汽輪機盤車裝置是汽輪機的必要標配設備之一，在汽輪機沖轉前及停機后投入運行，以保證汽輪機轉子均勻受熱及冷卻，對汽輪機的安全可持續運作和停機后的下次開機起著舉足輕重的作用。文章主要對盤車裝置作簡要闡述和分析，并對盤車裝置的安裝提出一種可行建議。

關鍵詞：盤車裝置；轉子；嚙合；汽輪機

汽輪機沖轉前必須對汽缸進行暖機操作，高溫蒸汽進入汽缸內，由于蒸汽向上運動的特性使得蒸汽在汽缸內分布不均；同樣，汽輪機停機后，高溫蒸汽在汽缸內不能立即排出。這兩種情況都會使上缸的溫度比下缸高得多，上下缸冷卻速度存在較大差異。由于汽輪機轉子是一長度較大的部件，受溫度的影響強烈，在高溫蒸汽作用下容易受熱不均或冷卻不均而產生熱彎曲變形。因而在沖轉前和停機后，都必須投入盤車裝置，使轉子以一定的速度連續轉動。汽缸內高溫蒸汽得到攪拌均勻后，汽缸及轉子整體受熱會相對趨于平均，因此就消除或減弱了汽缸上下溫差，避免轉子產生過大的熱彎曲。

長時間的連續盤車，還起著以下作用：（1）減少啟動時蒸汽對轉子葉片的沖擊；（2）通過對盤車是否產生異響的情況可判斷并檢查汽輪機動靜部件間是否配合到位，安裝是否合格；（3）由于盤車時一定要啟動油泵，汽輪機停機盤車時還能通過潤滑油對軸承冷卻；所以說，盤車是汽輪機啟動與停機必不可少的一個過程，盤車裝置的可靠運行具有重大意義。

1 盤車裝置的類型

根據盤車時的速度，盤車裝置可分為低速盤車和高速盤車，一般低速盤車時的速度為3～5r/min，高速盤車速度為40～70r/min。高速盤車的轉速高，是為了能使機組快速啟動，因為盤車轉速高可使沖動轉子時的力矩減少，意味著通入的蒸汽量可以相對減少，但是如此高轉速對軸承潤滑也是一種挑戰，此時要求的潤滑油壓也相應會提高，一般設計時都會帶有頂軸油泵，在大機組上會使用得比較多；而由于低速盤車的速度低，對軸承潤滑油壓要求相對低，所以一般都不需要設計頂軸油泵，對于中小機組采用低速盤車比較適合。

根據盤車時的智能性又可分為人工盤車和自動盤車。人工盤車時需要操作人員在現場操縱盤車手柄以使盤車投入，相比在中控室遠程控制使盤車自動投入運行的方式明顯缺少方便性，但可以直觀地檢驗和判斷盤車的投入是否正常。因此現今的盤車裝置大多都配備人工和遠程自動控制兩種方式。

盤車裝置從盤車結構上分類比較復雜，從盤車嚙合方式上還可分擺動齒輪切向嚙入式和齒輪軸向切入式；從盤車嚙合驅動方式上可分液壓驅動嚙合和氣壓驅動嚙合等等。

2 盤車裝置的組成

盤車裝置主要由五大部分組成：殼體及支撐結構、動力傳遞機構、動力源、潤滑系統及操縱機構。

（1）殼體及支撐結構可由各種鑄鍛件組成也可由焊接件焊接成型，主要起到支撐動力源及減少運行時震動的作用。

（2）動力傳遞機構一般包含傳動比較大的蝸輪蝸桿機構、減速齒

輪、中間齒輪及嚙合齒輪，齒輪的型式一般不作限制，只要達到預期的效果可任意組合。

（4）潤滑系統包括支持各齒輪轉動的軸承和為齒輪嚙合提供潤滑

的潤滑油噴油裝置。

（5）操縱機構除了為方便人工操作嚙合盤車齒輪而設計的“操縱

桿-擺臂”機構外，還配備了液壓或氣動伺服機構，可以遠程一鍵驅使盤車裝置投入運行。

3 盤車裝置的投入與脫開

通常的盤車驅動設計都是通過壓縮空氣氣動或液壓油油動驅使連桿，將擺臂上的嚙合齒輪向嚙合方向擺動，以達到將嚙合小齒輪與盤車大齒輪嚙合的最終效果，此過程也可通過人工按下與連桿相連的操縱桿實現。當嚙合小齒輪和盤車大齒輪嚙合后，操縱桿不再移動，如果此時嚙合小齒輪沒有和盤車大齒輪完全嚙合，通過操作盤車電機連續點動可以實現完全嚙合，汽輪發電機轉子將在盤車轉速下旋轉。由于嚙合小齒輪旋轉的方向以及連桿-擺臂機構嚙合方向的一致性，只要小齒輪在盤車大齒輪上施加一定的轉動力矩（小齒輪為施力齒輪），其轉矩總會使它保持嚙合狀態。

盤車裝置自動脫開過程如下：當汽輪機逐漸加速并超過盤車轉速，嚙合小齒輪將由主動齒輪變為被動齒輪，這時嚙合小齒輪會在大齒輪作用下被推向一側并帶動擺臂逆時針擺動，越過擺臂的平衡位置后整個機構會在拉伸彈簧的作用下恢復到原始位置，操縱桿恢復到起始位置。此時嚙合信號關閉，電動機電源被切斷，各齒輪均停止轉動，盤車裝置又恢復到投入前的脫開狀態。另外，盤車上也設有開關油路或氣路的電磁閥，通過電源回路，使電磁閥動作，關閉伺服機構和盤車電機，也可使盤車裝置退出工作。總結以上，其原理是，汽輪機沖轉后，盤車大齒輪圓周速度達到并超過盤車驅動設備時（此時盤車大齒輪為主動齒輪），大齒輪輪齒所施加的轉矩大到足以使盤車機構脫開。

4 盤車裝置的自動控制

為了實現盤車裝置的自動控制，在設計邏輯控制時需要滿足以下要求：（1）轉子是在油膜上轉動的，為了建立起這層油膜，就必須要有足夠的油壓，所以，盤車啟動的前提是保證有最低潤滑油壓；（2）當轉子停止轉動時，必須有反饋信息；（3）盤車裝置能夠在盤車擺動機構嚙合過程中發生點動，促使嚙合小齒輪與盤車大齒輪逐漸嚙合到位；（4）具有判斷嚙合成功與齒輪脫開的功能。

5 盤車過程中遇到的問題與解決辦法

事實上，在整個盤車投入運行過程中仍然有不少的問題，主要表現在盤車投入-甩開機構無法自動實現；盤車結構供油壓力不足；由于盤車機構整體重量比較輕，慣性很小，在嚙合的一剎那，機組大軸轉動經常甩開盤車嚙合小齒輪，導致盤車不成功等等。

在實際工作中，必須依照下述步驟，依次處理盤車中出現的問題：（1）首先應滿足盤車啟動的所有前提條件（如油路是否正常，電源準備是否到位等），其次再判斷是投入失效還是嚙合失效；（2）投入失效。a.投入不成功，出現咬齒現象，投入過程中應點動電機，嚙合后再啟動盤車裝置；b.不能自動投入時，應確保供油（供氣）的正常；c.如果供油（供氣）無異常，而手動投入能夠完成，自動則不能，應立即檢查盤車結構：電磁閥有無失效；有無油（氣）泄漏；盤車控制邏輯是否正確。d.手動和自動投入都不成功，應立刻檢修盤車。（3）脫開失效。理論上盤車裝置在機組啟動后，只有在轉子速度大過盤車轉速情況下，盤車嚙合小齒輪才會受力脫開。在機組運行升速過程中，如果轉子超過500r/min還不能脫開，則必須強制手動脫開并在停機后檢修盤車。

6 結束語

總的來看，盤車裝置必須具有以下基本特點：在機組啟動時，盤車裝置能夠自動投入，并在轉子速度達到一定時，盤車裝置能夠自動脫離；在機組停機后，當汽輪機轉子停止轉動時，盤車裝置能迅速投入使用。盤車是機組啟動的必經過程，是避免熱應力對汽缸及轉子造成傷害的必要手段，盤車裝置的有效工作為汽輪機安全運行提供了必要保證。

參考文獻

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