东方600MW汽轮机盘车装置应用及总结(宋

东方600MW汽轮机盘车装置的应用及总结本文简要介绍东汽600MW汽轮机盘车装置的工作原理和结构特征，对在电厂运转情况出现的一些问题进行分析解决，并提出安装试运的注意事项和检修内容要求，确保盘车装置运行可靠，使汽机安全、顺利试运。1概论及工作原理自上世纪90年代初东方汽轮机厂开始引进日立亚临界、超临界和超超临界600MW机组技术，至今有二十余台机组投运和试运中。此系列机组的盘车装置是直接引进技术，东汽制造。盘车装置是汽轮机的重要辅助设备之一，盘车装置的运行好坏，直接影响汽轮机组的安全启停运转。盘车装置主要用于汽轮机组启动前、停机后，防止汽轮发电机组的大轴弯曲而连续盘转大轴转动。而盘车装置在电厂出现投入投不上、盘车甩不开或不到位、轴套磨损和盘车电机电流过大等问题。现就东汽600MW机组盘车装置的结构原理和实际应用情况作以下介绍。11工作原理此盘车装置是由电机通过1 级链条传动、5级齿轮减速传动和惰轮、挂齿轮传递给汽机大轴转动。盘车装置具有自动投入和手动投入两种方式。其自动投入方式是启动交流辅助油泵（TOP）建立润滑油压（103Kpa），开启顶轴油泵使泵的出口油压不低于7Mpa，主汽门关闭信号，零转速信号均送至盘车控制柜，将盘车控制柜投入转钮拨至自动位置，盘车电机自启动半分钟后，电磁气动阀带电打开，压缩空气进入活塞缸克服弹簧力，带动拐臂杠杆将曲柄杠杆旋转一角度，挂齿齿轮与大轴齿轮啮合（啮合到位后机械限位开关发给控制柜10钞后电磁阀自动断电，气缸受内部弹簧力活塞杆回位），带动大轴低速转动；而手动投入方式是在具备启动交流辅助油泵（TOP）建立润滑油压（103Kpa），开启顶轴油泵使泵的出口油压不低于7Mpa条件下。将盘车控制柜上投入转钮拨至手动投入位置，再按启动按钮启动电机旋转，通过链条传动和齿轮传动，手搬动拐臂杠杆使曲柄杠杆旋转一约41度角挂齿齿轮与大轴齿轮啮合带动大轴低速转动。当汽机启动时，大轴受蒸汽驱动的力矩输出超过盘车装置产生的驱动力矩时，大轴齿轮与挂齿齿轮间齿力反向，以使挂齿齿轮从大轴齿轮中退出，从而啮合脱开，挂齿齿轮和控制杠在脱开位置达到平衡。为了减小齿轮副和轴与轴套间摩擦而通入润滑油。盘车装置的润滑油来自主机轴承润滑油系统母管，再通过14节流螺塞分配给盘车装置的轴套润滑和齿轮啮合润滑。同时在盘车装置运行期间为减小盘车扭矩，3#到8#轴承配有高压顶轴油泵。位于顶轴油泵部件上的压力开关，与顶轴油泵的每一个顶轴油管相连，油供应与驱动盘车装置的交流电机互锁以防止在没有相应油压进行盘车装置运行。盘车装置具有以下特征：1 驱动电机必须先运转，才能使挂齿齿轮与大轴齿轮啮合，不然无法啮合；2 通常不能用任何方式让盘车装置强迫脱开，除非用蒸汽驱动大轴转动或手盘动电机反转。3 为了协助保持啮合或脱开位置，设有一圆柱式弹簧（调整器D600A.231.26Z的螺杆）来保持啮合控制杠杆处于啮合或脱开位置。4 为了让大轴转子少量转动，盘车装置具有起动、停止盘车点动功能。盘车装置装还具有手动盘动装置，即单向棘轮操作把手（40），用于少量转动透平转子。只需要起动和停止啮合的盘车装置，该把手装在链盖（41）上。 链盖（41）的一个活动盖子（37）可以被移至带电机轴的第一小齿轮端头。棘轮手把能嵌入第一个小齿轮（33）的端头，以便手动转动透平转子。盘车装置采用行程开关进行电机锁紧和电动解锁，以便手动盘车棘轮手把插上时，不会突然起动电机，防止可能发生的人身伤害或财产损失。盘车电机是YB2-180l-6型防暴三相异步电动机（/Y、 功率15KW、电压380/660V 电流31.6/18.2A、转速970rpm）盘车输出转速使大轴转速约1.5rpm。了 盘车装置结构12齿轮规范零件名称PCD（齿轮节圆直径）DP齿数齿宽压力角转速侧隙主动齿轮从动齿轮/mm/RpmMm链轮齿轮169.78444.67-21/5550.8201000/382链条松弛小于28mm第2级齿轮63.50258.23615/6165/6020382/93.90.180.43第3级齿轮81.28335.38516/6685/802093.9/22.80.210.48第4级齿轮127.00457.20315/54130/1252022.8/6.30.27064第5级齿轮254.00406.401.515/24178/170206.3/4.00.410.47惰轮/挂齿齿轮406.40254.001.524/15170/178204.0/6.30.410.97挂齿轮/转子齿轮254.001066.801.515/63178/203.2206.3/1.50.441.0413齿轮轴与轴套尺寸情况轴承名称内径d外径D-长度L件数轴承油隙（mm）最大允许油隙（mm）2P轴5571-14020.100.1760.263P轴7188-12520.100.1760.264P轴90109-13220.100.2090.315P轴125145-13220.1450.2480.37惰轮轴140164-18710.1200.1850.28挂齿齿轮轴106125-18710.1200.1800.2714 600MW汽轮发电机组转子静载情况轴承号#1#2#3#4#5#6#7#8合计转子重量T10.316.530.933.931.135.43535228.1轴承直径mm381431.8482.6482.6482.6508533.4482.6有润滑时摩擦力矩(kgf.m)9.8117.8137.2840.9037.5244.9646.6742.23277.18汽轮机组的轴承均采用WJ2B巴氏合金，其有润滑时的摩擦系数0.005，无润滑时的摩擦系数是0.282盘车装置在试运中常见故障分析与处理：21常见故障现象2.1.1齿轮轴的铜轴套出现磨损，曾在内蒙某电厂#3机、云南某电厂#1机、贵州某电厂#1机、安徽某电厂#1机试运期间主要出现5P轴套和惰轮轴套磨损，5P轴轴套磨损仅在受力的上部，磨损后轴套内孔呈梨椭圆，单边磨损约1.5mm以上；惰轮的轴套呈整圆均匀磨损,最大磨损量直径约2.6mm以上。同时盘车电流较大约1718A。 内蒙某电厂#3机盘车5P轴轴套磨损情况 安徽某电厂#1机盘车惰轮轴轴套磨损情况2.1.2盘车装置启动电机时（未投自动），挂齿齿轮向大轴齿轮啮合现象；汽轮冲转后脱不开，必须人手动强行搬开2.1.3盘车装置不能啮合或啮合不到位而甩开。22分析及处理2.2.1从设计角度考虑，盘车装置的各齿轮与轴套相比，轴的硬度、强度相对轴套来说，轴套属易损件，即是在机组试运跑合期间，出现铜轴套轻微的磨损也属正常，不会影响盘车装置正常工作和其他影响。在电厂试运初期，润滑油系统的清洁度很难达到标准，一般情况下，油系统经过油循环后，取样化验油质都达到标准，但机组首次冲转后，油系统的管道经过振动，轴承箱及整个系统还会有杂物脱落，如锈皮、漆皮及保温材料等，而盘车装置也常在此期间出现轴套磨损，轴套与轴之间间隙较小（加工者一般均按轴和轴套的最大实体加工，即轴与轴套之间的间隙偏于下偏差），一但润滑油中有异物将轴套与轴之间的间隙堵塞，润滑不良，尤其是5P轴和惰轮轴在盘车装置运转时此两轴转速低且受力最大，几乎在轴与轴套之间无法建立油膜，出现半干摩擦现象，轴与铜轴套之间的摩擦系数增大，铜轴套相应地易被磨损。轴套磨损呈很细颗粒状和细片状，大量进入油系统被污染，最大受影响的是顶轴装置的泵入口双联滤油器常堵，滤油器前后压差过大，若不及时切换清洗，影响顶轴油泵缺油而出力不足和自身损坏，甚至会出现汽机轴承碾瓦现象，这种情况应预防范。内蒙某电厂#3机就属此情况。另外，从铜轴套材料上分析，原日立采用铸青铜（BC2-JIS）材料，相当于国产ZcuSn8Zn4材料，铸造件具有一定的自润滑性，即润滑油可渗入在铸件中，有高的减摩性和抗磨性，但浇铸件制造废品率高，不利于生产制造。经国产化后选为锡青铜（QSn4-4-4）型材，有良好的制造加工性，有高的耐磨性和弹性，但抗挤压强度相对偏低，在运转中，尤其是惰性齿轮铜轴套受挤压应力易被延碾变形，轴套与曲柄轴向两端挤死，摩擦力增大，致使其他轴轴套磨损。与设计及材料专家协商进行材料优化完善，选取耐磨性更好、抗挤压强度更高，易于制造加工的材料（如我厂用于300MW机组的盘车装置上的材料铝青铜（QAL9-4）试用。出现轴套磨损在电厂均采取更换轴套处理解决。同时可将5P轴轴套的润滑油油囊方位由底部改为垂直方向偏逆旋转方向45度角，从而避免5P轴轴套轻微磨损轴与轴套间间隙大后润滑油被流失掉，5P轴轴套上部受力面无润滑油而加剧磨损。2.2.2盘车装置从结构上分析，不会出现一启动电机时（未投自动），曲柄杠杆机构旋转使挂齿齿轮向大轴齿轮啮合，汽机冲转后脱不开，必须人手动强行搬开。在安徽某电厂#1机试运期间，就出现此现象。揭开盘车装置的上盖观察发现，5P轴的小齿轮端面与曲柄杠杆端面摩擦，其端面摩擦力使曲柄杠杆旋转，挂齿齿轮向投入方向啮合汽机大轴齿轮，以至汽机冲转时也不易脱开。从设计看，5P轴的轴向总窜动为2mm，而5P轴的小齿轮、惰轮和挂齿齿轮两端面现曲柄端面两侧间隙均为5mm，若此间隙不能符合要求，是必会造成此现象。同时汽机冲转时，要将挂齿齿轮甩开其力增大，相应地惰轮轴和5P轴受力过大，铜轴套易被磨损。另外，当盘车装置运行一段时间后，若出现惰轮的铜轴套两端外碾长，致使惰轮的轴套两端面与曲柄之间间隙减小至零，其摩擦力增大，同时辅助拐臂弹簧未调整适当紧，也有可能轻微的发生大轴冲转后惰轮旋转带动曲柄投入趋势。为了使惰轮和挂齿齿轮的轴套润滑油畅通和出现轻微磨损的铜屑排出，建议在惰轴和挂齿齿轮轴套两端开四条对称的深1mm宽5mm排油槽，使其润滑油两端面畅通，避免磨损加剧。2.2.3盘车装置不能啮合或啮合不到位而甩开。此问题经多台盘车装置投运发现，主要是大轴出现反力矩大于盘车装置的主力矩。尤其主要表现在亚临界600MW汽轮机。山西某电厂#2机在吹管时投盘车装置，只要一投盘车而被甩开，随后就引起大轴自转约57rpm，查找原因，将所有的与汽缸连接的汽源、停止轴封供、抽汽和凝汽器抽真空，大轴还是自转。江苏某电厂#1机在试运时出现盘车不易投上等问题。经分析，若汽轮发电机组轴系对轮中心找中很好（各转子连接光滑）的情况下，顶轴油系统的各瓦顶起过高时，#3#8轴颈受外力旋转趋势偏心，顶轴的高压油随大轴#3#8轴颈表面产生一摩擦力矩而带动大轴转动。相应地盘车装置投不上而甩开。若要投上盘车可将顶轴油压调低一些，使#3#8轴承的轴颈顶起高度不要过高，同时将盘车装置的拐臂杠杆弹簧（即调整器（D600A.231.26Z）的螺杆）调紧一些，增大曲柄杠杆的辅持力。23盘车装置安装及注意事项2.3.1盘车装置到达现场安装前，可在东汽现场服务工程师的指导下，部份拆卸检查其内部清洁度及间隙。安装就位后，通过手动拔动到投入位置或盘动电机转子使齿轮间完全啮合，采用压铅丝法测量盘车齿间隙应在0.441.04范围之内，齿顶间隙为3.383.58mm，可用调整件（111）螺母来达到，此螺母转动1/6圈时齿侧隙变化为0.36mm，同时微调则配加工件（117），建议挂齿齿轮与大轴齿轮的侧隙调整在要求值的较大值，避免啮合后出现咬齿过负荷现象。且全齿范围内间隙一致，即涂红丹检查转子大齿轮与小齿轮的齿面接触。（详见D600B-231000A图纸）2.3.2在盘车装置自由状态下，检查盘车装置的转动和甩开的灵活性。即用手盘动电机链条很轻松；同时用手将挂齿齿轮抬起到投入位置，再用手较轻的向下的力压下，曲柄杠杆沿惰轮自由落下到脱开位置。若不行，可调整调整器（D600A.231.26Z）的螺杆。2.3.3润滑油系统的油质必须合格才能进盘车装置进行油冲洗，润滑油压应达到：0.176Mpa0.01。建议在进入盘车装置前的润滑油管靠近盘车装置端加装一个DN40通径的滤油器，可在油循环期间避免脏物进入盘车装置。通油前将曲柄顶部堵头拆下（前部大轴端一堵头也可拆下），进油冲洗78小时。冲洗完毕后恢复。2.3.4启动顶轴油泵，通过顶轴油泵出口的溢油安全阀动作压力整定为17Mpa和泵壳上的恒压变量阀将顶轴油系统油压调到16Mpa，再通过调整各支管上的流量控制阀，调试（38）瓦压力达到8.5-10Mpa以上，将轴颈顶起（各轴径顶起0.020.04mm最适宜），然后挂上盘车，先以手动盘车试其负荷轻重，再确定是否启动自动盘车。自动盘车时并监听箱内及各瓦是否有异常响声；同时监视各瓦顶轴油压，若各支管顶轴油压出现下降，可再调整各支管上的流量控制阀恢复其油压。2.3.5进入盘车装置油质清洁度必须达到规定要求，才能启动盘车投入。2.3.6初次投入盘车前，必须启动盘车电机进行空负荷运转812小时以上时间跑合，同时确认电机的转向正确，并记录空转盘车装置电机电流（约7-13A）。跑合结束后，进行手动投入盘车装置带动汽轮机大轴，盘车电流比空转盘车电流略大于0.5A。盘车电流最大不应超过18A。2.3.7盘车装置投入自动前，必须对盘车控制柜进行全面对线检查，并核实顶轴油压和润滑油压信号的输入准确性，最关键的是零转速信号的准确性。建议用信号发生器建立转速模拟来确定零转速的可靠性。否则，不能将盘车投入全自动方式。同时对盘车装置空气配管系统前加装一只空气滤清器带减压阀，将盘车装置气缸进入的压缩空气实际调整在0.4-0.6(设计值0.5-0.8)Mpa，从而减缓气缸动作速度，降低小齿轮与转子大齿轮啮合的冲击。2.3.8为了防止盘车装置在跑合和投入期间，各轴套有轻微的磨损进入油系统，建议在盘车箱底部回油侧增设一隔板式滤网，注意高度不能与盘车曲柄相碰（盘车装置脱开位置或未投入位置），也可在箱体内壁回油管口处加装80mm滤网。在盘车箱底增加一隔板式滤网特别注意：机组冲转、盘车脱开后，最好将盘车控制柜拔到手动位置或关闭盘车控制柜电源。盘车装置用电磁阀（TGS）AC220V（D600A.231.37Z）接口通径10管螺纹NPT3/8。应认真核对电磁阀方能通电使用。24常见故障检修方法列表故障现象检修方法1电机过载、发热1检查定子线圈的绝缘情况，必要时更换电枢。2. 手搬动链轮是否灵活，否则检查挡油环和电机轴间的间隙是否正常。2挂齿齿轮与大轴齿轮啮合失败1检查机组高压主汽阀调节阀和再热联合汽阀的严密性，是否漏汽冲转了大轴。2检查顶轴油压过是否高，顶起高度过高，引起自转。3盘车装置投入位置自保持较弱，可调整弹簧（25）的长度。3减速齿轮的噪声和振动异常3 检查齿轮轴和轴套的间隙是否正确。齿轮轴和套筒间的间隙：齿轮 轴/套筒 设计 最大允许编号 零件编号 间隙（mm） 间隙（mm）第2 4/17 0.100.176 0.26第3 5/18 0.100.176 0.26第4 6/19 0.120.209 0.31第5 7/20 0.1450.248 0.37空转 8/21 0.120.185 0.28啮合 9/22 0.120.18 0.272检查各级齿轮间的齿隙是否正确。齿隙要求值：齿轮 齿轮 设计 最大允许编号 零件号 齿隙（mm） 齿隙（mm）第2 4和10 0.180.43 0.65第3 5和11 0.210.48 0.72第4 6和12 0.270.64 0.96第5 13和14 0.410.97 1.46空转 14和15 0.410.97 1.46啮合 15和16 0.441.04 1.563 检查齿面接触情况：如果接触宽度不到70%，或接触高度不到40%，或发现凹坑严重不光滑。校正或更换新齿轮。3 检查链条（35）的展宽：如果链低于齿轮轴间跨度的5%，更换链条或调整电机标高。5揭开上盖检查齿轮和轴套的润滑情况是否良好。4润滑与漏油故障3 检查润滑油系统的清洁度是否满足要求。解体检查油路是否畅通。2如果发现链盖（41）的水平面上漏油，弄清板密封（44）是否磨损或损坏。必要时更换。3如果油密封漏油，弄清是否密封件（27）、（28）和（29）是否磨损或损坏。必要时更换。附注文中件号为图D600A.231Z明细表中零件编号4结束语：在电厂安装盘车装置前，应检查盘车装置的自身清洁度和油系统的清洁度，有必要时，解体检查其各间隙值。为了解决惰轮和挂齿齿轮轴与轴套之间的润滑条件，首先确认惰轮和挂齿齿轮两端面与曲柄间的总间隙应达到1mm左右，再在惰轴轴套两端开四条对称的深1mm宽5mm排油槽，使惰轮和挂齿齿轮的轴套润滑油两端面畅通。并做好安装、调试的各注意事项，若出现问题可按故障检修方法列表进行逐一排出，从而确保盘车装置试运行安全、顺利地进行。6