汽輪機盤車故障分析

馬崗 張云

摘要：介紹某電廠上海汽輪機制造的350MW機組汽輪機盤車蝸桿軸向調整墊片固定銷斷裂，對固定銷斷裂的原因進行分析，并提出現場解決方法。

關鍵詞：盤車;蝸桿;固定銷;斷裂

一、盤車裝置介紹

某電廠轉子盤車裝置采用側裝式盤車裝置，其安裝在低壓缸發(fā)電機側的軸承座上，主要功能在是在機組啟動前或停機后用來盤動汽輪發(fā)電機組的軸系。

汽輪機啟動沖轉前投入盤車裝置使轉子緩慢的轉動起來，檢查汽輪機內部的動、靜部分是否存在摩碰現象，汽輪機沖轉時可以減少轉子啟動摩擦力，減少葉片沖擊力，并在暖機過程中使汽輪機轉子溫度場均勻分布，避免轉子因受熱不均而造成彎曲。

機組停機后，由于汽缸上、下之間存在溫差，轉子在這種不均勻溫度場中，將因受熱不均勻而產生彎曲。為了避免這種現象的產生，在汽輪機停機時，投入盤車裝置，使汽輪機轉子保持緩慢旋轉，將由于汽輪機部件不均勻冷卻引起的轉子彎曲程度降到最低。

盤車裝置的主要零件有電動機、用來減速的大小齒輪傳動系統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構和操縱桿。電動機帶動主動鏈輪旋轉，通過傳動鏈條、從動鏈輪、蝸桿、蝸輪、蝸輪軸小齒輪以及惰輪來轉動減速齒輪，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，帶動汽輪機轉子以3.38r/min 的速度旋轉。本裝置電動機為YB225M-6型，功率30KW，轉速為980r/min。鏈條使用圓銷式齒形鏈，鏈寬78毫米，內導式，長135節(jié)。鏈輪的傳動比為1.4。

二、盤車故障原因分析和解決措施

2.1事故經過

某電廠2號機做汽輪機機械超速試驗后，汽輪機轉子開始惰走，監(jiān)視汽機參數均正常。待汽機轉速降為零后立即投入主機盤車運行，汽輪機惰走時間為57分鐘，盤車投入后電流24.87A，高中壓轉子偏心值穩(wěn)定在40微米。盤車運行1小時候后，盤車電機電流突增至99.05A，電機過熱保護動作跳閘，檢查盤車電機開關三相電壓以及盤車噴油電磁閥動作均正常。在潤滑油及頂軸油均正常情況下，進行手動盤車，轉子無法盤動。所以決定將盤車裝置解體檢查。

2.2盤車故障產生原因

盤車裝置解體后發(fā)現盤車蝸桿驅動端軸套與蝸桿抱死，無法轉動。進一步解體發(fā)現蝸桿驅動端推力軸承套調整墊片定位銷切斷，使鐵屑進入驅動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，導致蝸桿卡澀，無法啟動盤車裝置。現從盤車齒輪所受載荷對調整墊片定位銷的斷裂進行分析。

2.3盤車調整墊片定位銷受力分析計算：

（1）根據蝸桿被動鏈輪齒數Z2=35，盤車電機主動鏈輪齒數Z1=25，電機轉速n1=980rpm，傳動比i=1.4，計算蝸桿的轉速n2：n2=n1/i=980/1.4=700rpm

（2）鏈傳動的效率約為0.94～0.96，為簡化計算近似認為蝸桿的輸入功率為電動機的功率

（3）蝸桿與軸為一體，計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為蝸桿的轉速rpm，

（4）計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，測量D=76mm;

d為定位銷的直徑 mm，測量d=3mm。

（5）固定銷的材質為45鋼，45鋼的允許抗剪強度為178MPa，遠小于σj，容易斷裂。

2.4盤車故障處理方法

針對某廠盤車裝置蝸桿驅動端調整墊片定位銷設計及制造廠裝配問題，將原直徑為3mm單只定位銷更換為直徑為5mm定位銷，并將材質更換為40Cr（40Cr的允許抗剪強度為400MPa），提高定位銷的抗剪切能力，同時將損壞的蝸桿推力軸承軸套更換以及在裝配時檢查確認定位銷已妥善嵌入調整墊片溝槽中，盤動裝置檢查機構工作正常。

現對更換后的定位銷所受剪切力進行校核：

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度大于計算抗剪強度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后續(xù)處理措施

本次某電廠汽輪機盤車裝置故障其主要原因是汽輪機廠家設計不合理是導致，故提出以下建議：

（1）加強定期檢查工作，機組檢查將盤車檢查列為標項，每次計劃檢修時必須進行檢查。（2）盤車裝置跳閘后正確采取悶缸措施，對汽缸各部位溫差做好記錄和相應曲線，確保汽缸上下溫差沒有突升突降的現象，確保汽輪機上下缸溫差不大，大軸產生永彎曲的幾率將會大大降低。

（3）轉子不排除存在未釋放的殘余應力或輕微彈性彎曲，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案和應急措施，同時加強沖車時關鍵數據的監(jiān)視。

（4）建議同類型機組必要情況下將定位銷技改為對稱雙向定位銷且加粗定位銷直徑，從而保證機組在盤車時不會出現因蝸桿定位銷斷裂導致汽輪機盤車無法投入的事故。

參考文獻：

[1]單輝祖，謝傳鋒，《工程力學（靜力學與材料力學）》 高等教育出版社

[2]機械設計手冊（第2卷，第3卷），機械工業(yè)出版社

[3]上海汽輪機廠相關圖紙