9E燃機(jī)輔助齒輪箱故障分析與日常維護(hù)

吳建林

（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波 315208）

0 引言

燃?xì)廨啓C(jī)是不能自行啟動(dòng)的熱能動(dòng)力裝置。對于9E型燃?xì)廨啓C(jī)，機(jī)組為了實(shí)現(xiàn)從啟動(dòng)、點(diǎn)火直至到達(dá)額定轉(zhuǎn)速的全過程，機(jī)組配置了包括啟動(dòng)電機(jī)、液力變扭器、3S離合器、輔助齒輪箱及輔助聯(lián)軸節(jié)等設(shè)備在內(nèi)的啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)施。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，由啟動(dòng)電機(jī)通過液力變扭器輸出扭矩，經(jīng)過3S離合器帶動(dòng)輔助齒輪箱、輔助聯(lián)軸節(jié)及機(jī)組主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在3S離合器的作用下，啟動(dòng)電機(jī)、液力變扭器與輔助齒輪箱之間的連接已被脫開，機(jī)組主軸通過輔助聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)輔助齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)，再由輔助齒輪箱變速后帶動(dòng)主潤滑油、主液壓油泵等輔機(jī)工作。故而輔助齒輪箱是燃機(jī)機(jī)組一個(gè)重要的輔助設(shè)備，如果它發(fā)生故障，機(jī)組將無法啟動(dòng)和正常運(yùn)行。

1 輔助齒輪箱結(jié)構(gòu)

鎮(zhèn)海9E燃機(jī)發(fā)電機(jī)組采用的是美國GE公司生產(chǎn)的PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)，機(jī)組配置了美國費(fèi)城齒輪公司生產(chǎn)的FRAME 9型輔助齒輪箱，齒輪箱為箱體結(jié)構(gòu)，由底座及上蓋組成（圖1）。齒輪箱中共有4根軸系，分別編號(hào)為1#軸、2#軸、3#A軸、3#B軸與4#軸。1#軸帶動(dòng)2#軸，再由2#軸帶動(dòng)3#A軸、3#B軸與4#軸。若燃機(jī)是燃油機(jī)組，則3#A軸帶動(dòng)主燃油泵運(yùn)轉(zhuǎn)、3#B軸帶動(dòng)主霧化空氣泵運(yùn)轉(zhuǎn)，若燃機(jī)是燃?xì)鈾C(jī)組，則3#A軸、3#B軸無動(dòng)力輸出，為空轉(zhuǎn)狀態(tài)。4#軸一端帶動(dòng)主液壓油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，另一端帶動(dòng)主潤滑油泵運(yùn)轉(zhuǎn)。1#軸一端通過輔助聯(lián)軸節(jié)與機(jī)組壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子相連接，1#軸另一端通過3S離合器與液力變扭器相連接。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，各軸系正常轉(zhuǎn)速為：1#軸3000 r/min，2#軸3424 r/min，3A#軸 1550 r/min，3#B 軸 6600 r/min，4#軸 1422 r/min。

在機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)的動(dòng)力通過液力變扭器及3S離合器帶動(dòng)1#軸及機(jī)組轉(zhuǎn)子緩慢升速，直至機(jī)組升速至60%TNH（turbine non_drive HP shaft speed，燃機(jī)轉(zhuǎn)速），即1800 r/min時(shí)脫扣，即此后啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備與輔助齒輪箱已脫開，無功率傳輸。在機(jī)組60%TNH直至額定運(yùn)行的3000 r/min為止，機(jī)組的動(dòng)力通過輔助聯(lián)軸節(jié)傳至1#軸，并驅(qū)動(dòng)輔助齒輪箱帶動(dòng)輔助設(shè)備的正常工作。

2 輔助齒輪箱故障情況

對于輔助齒輪箱，一般均跟隨機(jī)組計(jì)劃檢修安排相應(yīng)的檢查，對軸瓦等部件進(jìn)行定期檢測與更換。機(jī)組投產(chǎn)以來已運(yùn)行10多年，該設(shè)備運(yùn)行基本正常。

2.1 輔助齒輪箱故障現(xiàn)象

某日，燃機(jī)負(fù)荷為105 MW正常運(yùn)行時(shí)，突發(fā)“1#軸承振動(dòng)大”報(bào)警信號(hào)。人員檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)輔助齒輪箱安裝平臺(tái)振動(dòng)明顯，且齒輪箱運(yùn)行聲音異常，當(dāng)即申請緊急停機(jī)。在此過程中機(jī)組由于1#軸承振動(dòng)值再次急劇上升并超過1英寸/s，機(jī)組保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)，跳機(jī)后機(jī)組惰走時(shí)間與投入盤車情況正常，各軸承瓦溫度正常。

圖1 輔助齒輪箱結(jié)構(gòu)（去除1#軸）

2.2 輔助齒輪箱解體情況

解體輔助齒輪箱，發(fā)現(xiàn)1#軸壓氣機(jī)側(cè)的軸瓦、油擋和軸頸磨損嚴(yán)重（圖2），離合器側(cè)的軸瓦和油擋也有磨損，1#軸上的傳動(dòng)齒輪的齒有部分損壞（圖3），同時(shí)輔助齒輪箱殼體上的軸瓦底座有裂紋、破碎現(xiàn)象，導(dǎo)致齒輪箱殼體無法繼續(xù)使用。其余的軸、齒輪和軸瓦初步檢查未發(fā)現(xiàn)明顯損壞現(xiàn)象。由于該齒輪箱部件損壞較為嚴(yán)重，決定更換一臺(tái)新齒輪箱進(jìn)行安裝，并在安裝時(shí)重新按標(biāo)準(zhǔn)對軸系中心進(jìn)行檢測與調(diào)整。

3 輔助齒輪箱故障原因分析

（1）該輔助齒輪箱的齒輪經(jīng)過十多年的運(yùn)行，齒輪齒面發(fā)生磨損，齒間配合間隙變大，齒輪磨損引起軸系存在質(zhì)量不平衡現(xiàn)象，當(dāng)齒輪箱運(yùn)行時(shí)軸系振動(dòng)變大。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子通過輔助聯(lián)軸節(jié)與輔助齒輪箱連接，當(dāng)輔助齒輪箱振動(dòng)加劇時(shí)使得最近的機(jī)組1#軸承的振動(dòng)值也同步變大，在經(jīng)過長期運(yùn)行后，齒輪箱軸系部件發(fā)生損壞是引起機(jī)組1#軸承振動(dòng)大跳機(jī)的根本原因。

圖2 1#軸軸頸磨損

圖3 1#軸傳動(dòng)齒輪損壞

該輔助齒輪箱1#軸的軸瓦為薄胎瓦（鎢金厚度僅1 mm）設(shè)計(jì)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)在齒輪箱持續(xù)振動(dòng)的情況下，該軸瓦的鎢金非常容易碎裂脫落。軸瓦的鎢金一旦脫落，將使軸瓦的潤滑油膜被破壞，導(dǎo)致軸瓦潤滑不佳，軸頸與軸瓦磨擦加劇并發(fā)熱，這樣又再次使齒輪箱1#軸系的振動(dòng)現(xiàn)象加劇，如此惡性循環(huán)，最后輔助齒輪箱的1#軸的軸瓦鎢金全部脫落，軸瓦間隙變大失控，同時(shí)軸瓦的金屬胎與1#軸軸頸直接接觸與摩擦碰撞，最終導(dǎo)致軸瓦的金屬胎失去固定而發(fā)生跑外圈現(xiàn)象，此時(shí)1#軸已失去軸瓦的潤滑與固定支撐作用，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，軸系跳動(dòng)，使燃機(jī)機(jī)組軸系振動(dòng)情況加速惡化，最終導(dǎo)致機(jī)組1#軸承振動(dòng)值達(dá)跳機(jī)值而跳機(jī)。而輔助齒輪箱1#軸在失去軸瓦支撐后，軸系在高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下發(fā)生跳動(dòng)，使得1#軸齒輪部分齒被打壞、軸頸與油檔嚴(yán)重磨損，并使安裝軸瓦的軸瓦座損壞。

（2）鎮(zhèn)海9E燃機(jī)的基本運(yùn)行方式為滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求而實(shí)行日開夜停的方式，至故障發(fā)生時(shí)，機(jī)組已啟停將近2000次。由于機(jī)組啟停頻繁，加劇惡化了輔助齒輪箱的運(yùn)行工況，這也是輔助齒輪箱發(fā)生零部件損壞事件的一個(gè)重要原因。

（3）由于設(shè)備制造廠商對該輔助齒輪箱未提供詳細(xì)的檢查與檢修工藝文件，對輔助齒輪箱進(jìn)行檢修時(shí)其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是參考國內(nèi)通用齒輪箱的檢修工藝質(zhì)量文件而制定的，因此實(shí)際的檢修與工藝質(zhì)量要求有可能達(dá)不到制造廠商的技術(shù)規(guī)范。同時(shí)在現(xiàn)有的檢修裝備條件下，在齒輪箱檢修裝復(fù)后沒有有效的測試方法進(jìn)行軸系高速動(dòng)平衡測試工作。這也是輔助齒輪箱因振動(dòng)大而發(fā)生零部件損壞事件的原因之一。

4 檢修和日常維護(hù)

（1）加強(qiáng)運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測工作。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，應(yīng)每周檢測齒輪箱的振動(dòng)情況，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析。有條件時(shí)，在輔助齒輪箱上安裝在線測振設(shè)備，并將信號(hào)接入機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測畫面，以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。

（2）縮短輔助齒輪箱的維護(hù)周期。應(yīng)每季打開箱頂檢查蓋板對齒輪箱內(nèi)部運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，且每年安排一次揭蓋檢查工作，重點(diǎn)檢查齒輪嚙合情況及潤滑情況。

（3）在機(jī)組中修或大修時(shí)，輔助齒輪箱（包括殼體與各轉(zhuǎn)動(dòng)部件）解體大修及軸系動(dòng)平衡測試項(xiàng)目需列為標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目執(zhí)行，并對解體的齒輪箱部件安排無損檢測，并將軸系部件送專業(yè)廠家進(jìn)行動(dòng)平衡測試。同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行制造廠商的工藝規(guī)范文件，做好軸瓦間隙與齒側(cè)間隙的測量與復(fù)核工作，確保檢修質(zhì)量。通過定期檢修與測試輔助齒輪箱的方式來保證齒輪箱設(shè)備安全可靠的運(yùn)行。

（4）根據(jù)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測情況，定期評(píng)估設(shè)備運(yùn)行情況，同時(shí)加強(qiáng)備品采購與儲(chǔ)備工作。對國內(nèi)缺乏修復(fù)能力的重要零部件（如軸瓦）可送生產(chǎn)廠家修復(fù)，以保證檢修質(zhì)量，提高設(shè)備可靠性。

（5）機(jī)組安排計(jì)劃檢修時(shí)，對輔助齒輪箱1#軸兩端與其連接的設(shè)備中心進(jìn)行復(fù)測與調(diào)整，確保各傳動(dòng)設(shè)備之間對中準(zhǔn)確。

5 結(jié)語

燃?xì)廨啓C(jī)輔助齒輪箱是機(jī)組一個(gè)關(guān)鍵的輔助設(shè)備，它在機(jī)組啟動(dòng)階段及正常運(yùn)行時(shí)都有著重要的作用。對于長期運(yùn)行的燃機(jī)機(jī)組，應(yīng)定期開展對輔助齒輪箱的監(jiān)測、維護(hù)與檢修工作，加強(qiáng)備件的儲(chǔ)備，嚴(yán)把檢修工藝質(zhì)量，防止故障發(fā)生，確保輔助齒輪箱長期可靠穩(wěn)定運(yùn)行。