某汽轮机盘车装置损坏原因分析及改进措施

方建勇

(杭州华电下沙热电有限公司，杭州 310018)

某汽轮机盘车装置损坏原因分析及改进措施

方建勇

(杭州华电下沙热电有限公司，杭州 310018)

介绍了某汽轮机盘车装置的工作原理及一次齿轮严重损坏事件的经过。通过分析盘车装置损坏的启动过程曲线，确定了热工逻辑存在的一些问题。对齿轮进行补堆焊及打磨处理，并对热工逻辑进行了优化，保障了盘车装置安全稳定运行。

汽轮机；盘车装置；齿轮；热工逻辑

0 引言

汽轮机盘车装置是汽轮机在非工作状态下实现转子转动的主要动力之一，它是确保汽轮机冷态预热和热态降温均匀、避免转子变形的关键设备，它的正常与否关系到机组安全。本文对一起盘车装置损坏的案例进行分析，并提出改进措施。

1 某机组盘车装置技术参数及工作原理[1]

技术参数：盘车型号，DDZP11-IIIL(电机立式安装)；电机功率，11 kW；电机转速，1 450 r/min；轴系盘转转速，4.3 r/min；进油压力，0.08～0.12 MPa；油缸推力，700 N。

盘车装置主要由减速机、箱体、曲柄连杆机构、齿轮传动机构、液压装置、电气控制等部分组成。安装形式采用立式，也可选择卧式，主要根据安装空间来选择。性能要求：能耗低、运行平稳、操作简单省力、安全可靠、可实现远距离操控，特别在自动投入过程中具有瞬动功能，避免顶齿时强行启动。

盘车装置与汽轮机转子大齿轮的力量传递通过盘车装置齿轮传动系统中的摆动齿轮实现。摆动齿轮副在曲柄连杆机构的顶杆推动下实现与汽轮机大齿轮的切向啮合，减速机与电动机直接联接，其输出扭矩通过齿轮副和摆动齿轮副盘动汽轮机大齿轮及其中轴系转动。

盘车装置工作过程中，当电磁阀得电时，压力油经电磁阀、操纵滑阀进入旋转油缸，旋转油缸内的旋转活塞在压力油的作用下，克服压缩弹簧的阻力带动曲柄和手柄转动，并推动连杆机构使摆动齿轮向下摆动，与汽轮机大齿轮啮合，此时手柄压下行程开关启动电机，盘车装置盘转汽轮机轴系，电磁阀断电，油缸泄油。

汽轮机冲转过程中，当汽轮机大齿轮线速度高于摆动齿轮时，连杆受向上惯性力作用，克服弹簧阻力带动摆动齿轮迅速通过自锁点，同时推动曲柄，使油缸旋转活塞迅速恢复到初始位置并锁紧，摆动齿轮与汽轮机大齿轮脱开，盘转结束。

盘车装置主要功能。

(1)瞬动功能。盘车自动投入时电动机的瞬动(0.06～0.10 s)功能避免顶齿时强行启动而引起振动、齿轮损坏，从而保证了摆动齿轮与汽轮机大齿轮的安全。

(2)电磁阀安全保护装置。电磁阀后端的微动开关能够有效地监控其工作状态，避免电磁阀芯卡涩时摆动油缸在非工作状态进油，确保汽轮机冲转时盘车顺利脱开。

(3)弹性减振。碟形弹簧减振装置可有效地避免盘车投入启动时因受冲击载荷而损坏。

(4)摆动油缸。由隔块及旋转活塞组成的摆动式油缸推动曲柄连杆机构，实现盘车摆动齿轮的切向投入。

(5)远程控制。为了实现盘车的远程自动控制，在电气控制柜留有相应接口。

(6)曲柄连杆。曲柄连杆机构具有推动摆动齿轮啮合和汽轮机冲转后自锁摆动齿轮的双重作用。

(7)操纵滑阀。将电磁阀和摆动油缸有机地结合成液压控制回路，实现盘车的自动和手动投入。

2 事件经过

2015年12月18日清晨，某电厂机组启动时，由于投轴封建真空过程中盘车脱扣没有及时发现，且盘车装置一直处于自动状态，故在汽轮机冲转瞬间满足盘车启动条件后，盘车装置自启动，但汽轮机也开始冲转。运行人员现场检查发现汽轮机盘车处发出明显金属异响并出现火花时紧急停机，但为时已晚，盘车装置已经严重损坏，齿轮损坏需更换或修理，如图1～图3所示。

图1 摆动齿轮损坏

图2 齿轮上缸盖被齿轮顶裂

图3 汽轮机大齿多处损坏

3 事件分析

盘车损坏的启动过程曲线如图4所示，曲线上各关键时间点如下。

图4 盘车损坏的启动过程曲线

(1)06：21：50，汽轮机盘车在没有接收到分散控制系统(DCS)指令的情况下自动脱开，停止运行(在真空及轴封漏汽的影响下，汽轮机转速上升导致)。

(2)盘车脱开后，转速最高升到5.2 r/min，然后慢慢下降(漏汽量不足以冲转汽轮机)。

(3)06：24：34，盘车转速降到1.1 r/min后，变成坏点(系统只有1个低速探头，均接入同一块转速卡上的2个冗余转速回路，当此转速卡死机后，同时送出2个相同的坏点数据；冗余设置不够完善)。

(4)06：26：22，汽轮机挂闸并开始冲转(冲转前未检查盘车装置是否正常)。

(5)06：27：30，冲转后DCS发出盘车运行指令(汽轮机开始冲转，盘车齿轮又发出啮合指令，导致齿轮被打坏)。

曲线分析。

(1)06：21：50，盘车自动脱开。观察历史曲线，发现在盘车脱开停止运行前，调节阀前压力有2次微小的上升波动，轴封漏汽及真空共同作用造成汽轮机转子转速上升后，盘车齿轮自动脱开，此时盘车应保持正常运行至冲转后再自动脱开。

(2)06：24：34，盘车转速一直降到1.1 r/min后，变成坏点。DCS内部逻辑设置盘车自动投入转速为小于1.0 r/min，但盘车最低有效转速为1.1 r/min，以后即成为坏点，逻辑自动记忆坏点前一刻的数值，内部参与运算的转速值永远不会小于1.0 r/min，即盘车不会自启动。本特利3 500/50转速卡件在转速过低时可能会输出小于3.7 mA的信号，导致DCS认为变成坏点(正常零转速信号是4.0 mA)；同时，根据卡件的使用时间，它输出的3.7 mA信号可能也会有一个微小的偏移，而小于1.0 r/min自启动盘车的逻辑定值，设置得过于接近0 r/min了。

(3)06：27：30，汽轮机开始冲转，DCS的零转速恢复正常，但在那一瞬间，转速还是小于1.0 r/min，故DCS发出自启动盘车的信号；盘车控制柜接到远方控制信号后，不断要求盘车投入，但此时由于汽轮机冲转，转速很快，盘车已经无法正常投入，导致齿轮严重损坏。

4 盘车装置修复及改进措施

根据盘车装置的损坏情况，机务方面主要进行修复处理：更换盘车机构(含摆动齿轮)、补焊齿轮上缸盖法兰面开裂处、修补大齿轮(共180个齿，其中42个齿需进行焊接打磨修复，对其余138个齿进行打磨修复)。虽然更换大齿轮是最佳方案，但考虑时间及抢修的方便，采用同质焊条补堆焊、打磨的处理方式，但之后没有热处理环节，新齿的强度低于原件，并且大齿轮表面没有经过硬化处理。因此，在以后投用盘车时，应尽量避免在补焊最严重的6个齿区域直接投自动盘车(在6个齿的大轴与端盖间标注好“危险啮合位置”)。

另外，在焊、补过程中，采用微弧冷焊的工艺进行修复。微弧冷焊修复属于现场修复，易操作，热输入量低，补焊过程中无热应力，修复部位温度控制在60 ℃以内；补焊材料为镍基合金焊丝，硬度及材质与母材接近，耐磨损性能较好；只修复磨损部位，冶金结合，不影响母材性能。

冷焊的工艺措施。

(1)表面清理。用丙酮擦拭齿轮磨损部位进行表面去油；用砂纸打磨，去除表面氧化层。

(2)堆焊磨损部位。 冷焊电压为135 V，脉冲频率为30 Hz，氩气保护气流量为3～6 L/min；控制工件温度在50 ℃以内；焊接时间根据沟槽深度灵活掌握；用合金焊丝作填充材料，硬度与原机体接近。

(3)打磨、修平。 打磨、修平分2次进行，首次用打磨工具对高出邻近基准面的部位进行打磨修平，保证补焊磨损部位达到齿轮啮合要求；然后，装复盘车装置，连续盘车1 h后，再根据齿轮压磨痕迹继续精细修平。

电气热工方面主要进行如下优化。

(1)增加1个零转速探头和1块3 500/50转速卡件，实现零转速4取2优选，真正实现冗余配置，提高设备的可靠性，降低再次同时出现坏点的几率。

(2)将转速小于1.0 r/min自动投盘车的逻辑定值更改为小于1.5 r/min，防止卡件死机的影响。

(3)原盘车允许启动条件的逻辑中，在转速小于1.0 r/min盘车投入的信号，增加一个延时5 s的限制条件；同时，增加2个限制启动的逻辑：主汽门关闭、汽轮机转速大于5.0 r/min。

(4)增加一个零转速异常的报警，以帮助运行人员及时发现盘车异常。

(5)为避开危险啮合位置，在DCS上盘车装置的自动控制回路增加一个断点，盘车因故跳闸后不会自启，需要到现场检查大轴位置，复位控制回路后才允许继续盘车。

运行方面：进一步加强技术培训，在汽轮机启动操作票的冲转流程前增加检查盘车装置是否正常的流程；另外，盘车装置投用前需要现场检查大轴位置，如在标注的危险啮合位置时，先选用手动盘车，且盘车电机采用手动方式旋转，只有在偏离上述位置后，方可投自动盘车。

5 结束语

盘车装置是汽轮机组的重要设备之一，在机组启动或停止时，它能否正常、连续工作，直接影响到机组的安全运行，盘车装置出现异常将增大检修维护量，加大运行人员操作难度。机组停运后盘车装置启动时，尽可能手动启动盘车，以减少可能出现的顶齿情况和对齿轮造成的冲击影响；另外，汽轮机冲转前务必检查盘车装置是否正常，降低设备受损的可能性，切实保证汽轮机的安全稳定运行。

[1]连云港透平能源设备有限公司.DDZP11-IIIL型低速自动盘车使用说明书[Z].

(本文责编：刘芳)

2016-11-10；

2016-12-28

TM 621.3

B

1674-1951(2017)01-0053-03

方建勇(1970—)，男，浙江杭州人，高级工程师，从事发电厂管理工作(E-mail:904958382@qq.com)。