西門子超超臨界1000MW汽輪機(jī)液壓盤車故障分析及處理

摘要：文章以某電廠西門子技術(shù)超超臨界1000MW汽輪機(jī)在整套啟動過程中發(fā)生的液壓盤車故障為例，介紹了投入生產(chǎn)的同類型機(jī)組中，頻繁出現(xiàn)的汽輪機(jī)液壓盤車故障損壞的過程及處理情況，從液壓盤車的結(jié)構(gòu)、原理以及現(xiàn)場解體檢查的實(shí)際情況出發(fā)，對液壓盤車的故障原因進(jìn)行了分析，并制定出相應(yīng)的可行性措施進(jìn)行處理，以期能在同類型機(jī)組提高液壓盤車可靠性方面有所借鑒。

關(guān)鍵詞：西門子；超超臨界；汽輪機(jī)；液壓盤車；故障處理

中圖分類號：TK263 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0069-04

1 背景

1.1 相關(guān)裝置

某電廠汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)有限公司和德國西門子公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八段回?zé)岢槠⒎磩幽狡啓C(jī)N1000-26.25/600/600（TC4F）。

西門子1000MW汽輪機(jī)液壓盤車裝置安裝在前軸承座前，主要由液力調(diào)速馬達(dá)、離心非接觸式超速離合器、中間軸和必要的軸承及緊固件組成（如下圖1）。液壓馬達(dá)直接由頂軸油驅(qū)動，即當(dāng)頂軸系統(tǒng)投入運(yùn)行時，盤車即投入。在液力馬達(dá)的給油管上裝有可調(diào)節(jié)流閥，用以改變速度。做抬軸試驗(yàn)時，通過關(guān)閉節(jié)流閥，可以將軸盤車系統(tǒng)從頂軸系統(tǒng)中隔離出來。

液力馬達(dá)通過有齒軸和法蘭轉(zhuǎn)動超速離合器的外座圈。外座圈由護(hù)環(huán)和兩個滾珠軸承支承在殼體內(nèi)；超速離合器的內(nèi)座圈直接緊固在中間軸的端部上。為了防止軸承在汽輪機(jī)正常運(yùn)行期間發(fā)生靜止腐蝕，向液力馬達(dá)輸送少量潤滑油，使馬達(dá)緩慢

轉(zhuǎn)動。

盤車裝置是自動嚙合型的，盤車控制電磁閥打開后，高壓工作油通過配油環(huán)進(jìn)入裝有5個液壓油缸的盤車馬達(dá)，液壓油缸中的柱塞被液壓油推動向液壓馬達(dá)的偏心軸施加扭矩，使得偏心軸旋轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)偏心軸與盤車小軸之間裝有離合器，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于60r/min后，開啟盤車電磁閥，離合器嚙合，盤車馬達(dá)驅(qū)動盤車小軸旋轉(zhuǎn)。在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，離合器在離心力作用下自動脫開，盤車馬達(dá)開始自行空轉(zhuǎn)，隨后盤車電磁閥關(guān)閉，液壓馬達(dá)在潤滑油的作用下，以6～12r/min的速度

空轉(zhuǎn)。

驅(qū)動液壓盤車的液壓馬達(dá)由5個伸縮油缸、1根偏心軸以及配流盤等組成，為徑向柱塞式液壓馬達(dá)。馬達(dá)的工作原理為把工作油的壓能轉(zhuǎn)換為使驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的動能。需要盤車時，頂軸油的電磁閥打開，借助于在伸縮油缸中的壓力油柱，把壓力傳遞給馬達(dá)的輸出偏心軸，使馬達(dá)伸出軸通過中間傳動軸帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其自動化程度較高。如下圖2：

1.2 某廠6號機(jī)組整套啟動期間液壓盤車故障過程

2011年2月22日12：09，6號機(jī)組負(fù)荷867MW時，鍋爐MFT動作，機(jī)組跳閘。

12：53，主機(jī)轉(zhuǎn)速低于510rpm時，6A、B頂軸油泵聯(lián)啟，就地確認(rèn)油壓及泵運(yùn)行正常。

13：51，主機(jī)轉(zhuǎn)速降至120rpm，盤車電磁閥聯(lián)開正常。

14：16，主機(jī)轉(zhuǎn)速降至60rpm，就地檢查發(fā)現(xiàn)盤車液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動聲音微弱，立即手動開大供油手動門，但主機(jī)轉(zhuǎn)速仍緩慢下降；調(diào)試、工程、監(jiān)理各方立即就地檢查，確認(rèn)盤車工作不正常，就地已將供油手動門全開而轉(zhuǎn)速仍不能維持，啟動3臺頂軸油泵并將盤車電磁閥及手動門開關(guān)數(shù)次仍舊不能維持轉(zhuǎn)速，調(diào)試要求保持主機(jī)真空及軸封系統(tǒng)正常運(yùn)行，主機(jī)轉(zhuǎn)速降至2rpm后，施工人員采取就地手動盤車的方式，維持盤車轉(zhuǎn)速1.5rpm左右。

手動盤車期間，施工人員在線檢查更換盤車電磁閥后，盤車仍不能正常工作，各方?jīng)Q定維持手動門盤車，等缸溫降至廠家標(biāo)準(zhǔn)時，檢查盤車裝置及1號瓦。手動盤車期間主機(jī)振動及偏心、瓦溫及油溫、油壓、頂軸油壓正常，對機(jī)組運(yùn)行可靠性產(chǎn)生較大的影響。

2 液壓盤車解體檢查情況

2.1 6號機(jī)組損壞的液壓盤車解體情況

2月23日上海汽輪機(jī)廠技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場，與現(xiàn)場人員開會討論處理方案，為保護(hù)汽輪機(jī)軸瓦和轉(zhuǎn)子免受損壞，決定在高壓缸內(nèi)缸壁溫180°時采取短時停潤滑油、頂軸油系統(tǒng)，將液壓盤車從系統(tǒng)拆卸進(jìn)行解體，并檢查1號軸承座供油控制模塊內(nèi)部；在高壓缸內(nèi)缸壁溫低于120°時停止手動

盤車。

3月3日汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)缸壁溫到180°，短時停運(yùn)潤滑油、頂軸油系統(tǒng)，現(xiàn)場進(jìn)行拆卸液壓盤車及檢查1號軸承座供油控制模塊工作。

2.1.1 檢修人員檢查1號軸承座供油控制模塊，發(fā)現(xiàn)：液壓盤車壓力油供油調(diào)節(jié)閥節(jié)流孔脫落，供油控制模塊節(jié)流孔為螺紋連接，為防止脫落，標(biāo)準(zhǔn)要求要在螺紋上涂粘合劑后緊固，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)涂膠痕跡；節(jié)流孔脫落直接造成液壓盤車壓力油供油調(diào)節(jié)失控，如下圖3所示：

2.1.2 檢修人員解體6號機(jī)組損壞的液壓盤車情況。拆除6號機(jī)液壓盤車，隨后恢復(fù)油系統(tǒng)運(yùn)行和手動盤車。對6號機(jī)液壓盤車解體檢查后，發(fā)現(xiàn)盤車存在以下部件損壞故障：

離心非接觸式超速離合器磨損嚴(yán)重：離合器傳動楔塊沖擊磨損嚴(yán)重，有的已經(jīng)脫落碎裂；楔塊的拉緊彈簧全部脫落并沖擊、摩擦成碎屑；離合器內(nèi)、外環(huán)都有明顯的摩擦痕跡；在離合器腔室內(nèi)有許多彈簧、楔塊以及摩擦成堆的金屬碎屑。

液壓盤車小軸軸瓦磨損嚴(yán)重：超速離合器磨損的金屬碎屑進(jìn)入小軸軸瓦，造成軸瓦烏金的拉傷、磨損。另外，檢查還發(fā)現(xiàn)：軸瓦的頂軸油囊氣蝕嚴(yán)重，頂軸油囊已經(jīng)損壞。

液壓馬達(dá)配油盤傳動鍵槽及傳動銷頭磨損：液壓馬達(dá)配油盤通過傳動銷與液壓馬達(dá)偏心曲軸連接，跟隨液壓馬達(dá)曲軸旋轉(zhuǎn)，起到為液壓馬達(dá)5個伸縮油缸切換供、回油的作用，液壓馬達(dá)配油盤是液壓馬達(dá)的關(guān)鍵部件，沒有它的旋轉(zhuǎn)完成供、回油切換，液壓馬達(dá)將失去動力；液壓馬達(dá)配油盤傳動鍵槽及傳動銷頭磨損后，配油盤將不會隨偏心曲軸旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)失去動力。

液壓馬達(dá)配油盤進(jìn)油孔與回油腔室密封圈磨損：液壓馬達(dá)配油盤進(jìn)油孔與回油腔室密封圈的作用是在配油盤旋轉(zhuǎn)時，隔離進(jìn)油孔與回油室。密封圈磨損失去作用，液壓馬達(dá)壓力油進(jìn)油進(jìn)入配油盤后會直接短路進(jìn)入回油室，液壓馬達(dá)將因壓力油不足而失去動力。

2.2 對要更換的新液壓盤車解體情況

針對6號機(jī)液壓盤車的損壞情況，現(xiàn)場已無法修復(fù)使用，需要返廠處理。現(xiàn)場決定更換新的液壓盤車，鑒于液壓盤車可靠性較差的現(xiàn)狀，在廠家人員指導(dǎo)下，現(xiàn)場人員對新盤車進(jìn)行了解體。檢查發(fā)現(xiàn)問題如下：

2.2.1 離心非接觸式超速離合器2只傳動楔塊卡澀。檢查新的離心非接觸式超速離合器傳動楔塊2只卡澀不靈活，離心非接觸式超速離合器傳動楔塊是靠轉(zhuǎn)速升高后的離心力克服彈簧力，傳動楔塊收回來實(shí)現(xiàn)離合器與液壓馬達(dá)脫開，12只傳動楔塊任何1只卡澀都將帶來離合器沖擊損壞、磨損的后果。當(dāng)前的離合器已不能裝配使用，需要廠家重新更換。

2.2.2 檢查液壓盤車超速離合器腔室、液壓馬達(dá)腔室、配油盤腔室，發(fā)現(xiàn)存在較多的硬質(zhì)顆粒，在配油盤腔室還發(fā)現(xiàn)許多鑄造沙粒。

3 故障原因分析

3.1 離心非接觸式超速離合器傳動楔塊卡澀的原因

6號機(jī)組啟動升速過程中，離心非接觸式超速離合器傳動楔塊卡澀，沒有及時脫開，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速沖擊造成離合器損壞，是本次6號機(jī)組降速時，液壓盤車無法工作的主要原因：

3.1.1 離心非接觸式超速離合器可靠性較差，傳動楔塊很容易卡澀。離心非接觸式超速離合器傳動楔塊的脫開與嚙合原理如下圖4所示。靜止或者盤車轉(zhuǎn)速下，傳動楔塊靠底部彈簧力拉住維持嚙合狀態(tài)，此時，離合器與傳動外環(huán)嚙合，液壓馬達(dá)可以帶動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高，盤車需要脫開時，在離心力的作用下，傳動楔塊的底部重量大的部分克服彈簧力向外甩出，傳動楔塊翻轉(zhuǎn)維持脫開狀態(tài)，離合器與傳動外環(huán)脫開。

由此，傳動楔塊靈活與否是離合器正常工作的關(guān)鍵，12只傳動楔塊任何1只卡澀都將帶來離合器沖擊損壞、磨損的后果。

影響傳動楔塊卡澀的因素很多，包括傳動楔塊的配合間隙、楔塊彈簧的可靠性與預(yù)緊力等，另外廠家裝配時離合器室的清潔度、投入運(yùn)行過程中現(xiàn)場油質(zhì)的顆粒度都將是重要的不確定影響因素。對廠家原裝的新液壓盤車解體時就發(fā)現(xiàn)離合器傳動楔塊的配合間隙小而卡澀，另外離合器室的硬質(zhì)顆粒也較多。

3.1.2 本次解體檢查盤車小軸的軸瓦，沿軸瓦長度方向的接觸痕跡比較均勻，沒有發(fā)現(xiàn)偏磨情況；另外現(xiàn)場盤車安裝過程中，嚴(yán)格按照制造廠圖紙的要求進(jìn)行中心調(diào)整，保證盤車小軸中心高于高壓轉(zhuǎn)子中心0.10±0.02mm；可以排除中心不良造成盤車小軸受到彎曲應(yīng)力的情況。

3.2 液壓馬達(dá)配油盤傳動鍵槽、傳動銷頭磨損及配油盤進(jìn)油孔與回油腔室密封圈磨損的原因分析

液壓馬達(dá)配油盤傳動鍵槽及傳動銷頭磨損，配油盤將不會隨偏心曲軸旋轉(zhuǎn)，使液壓馬達(dá)失去動力；另外液壓馬達(dá)配油盤進(jìn)油孔與回油腔室密封圈磨損，液壓馬達(dá)也因壓力油不足而失去動力，也是本次液壓盤車無法工作的原因之一：

3.2.1 離合器未脫開，液壓馬達(dá)曲軸被汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子帶動高速旋轉(zhuǎn)，造成液壓馬達(dá)內(nèi)部用于向5個液壓油缸分配高壓工作油的配流盤與液壓馬達(dá)主軸之間的傳動桿也高速旋轉(zhuǎn)，造成沖擊。

3.2.2 從廠家原裝液壓馬達(dá)解體看，配流盤回油室內(nèi)存在很多鑄造沙粒，造成配流盤與回油室配合接合面磨損，進(jìn)油孔與回油腔室密封圈磨損，同時，配流盤卡澀不能隨傳動桿高速旋轉(zhuǎn)，使配流盤與傳動桿之間的傳動鍵槽磨損。

3.3 液壓盤車壓力油供油調(diào)節(jié)閥節(jié)流孔脫落

液壓盤車壓力油供油調(diào)節(jié)閥節(jié)流孔脫落，造成液壓盤車壓力油供油調(diào)節(jié)失控，也使盤車工作狀態(tài)更加惡化，并且促使盤車小軸軸瓦頂軸油量大增，直接造成了小軸軸瓦頂軸油囊的氣蝕損壞。

4 現(xiàn)場處理

（1）聯(lián)系廠家重新提供1套新的離合器，經(jīng)檢查確認(rèn)所有離合器傳動楔塊動作靈活后，對新的液壓盤車進(jìn)行組裝。

（2）徹底清理液壓盤車超速離合器腔室、液壓馬達(dá)腔室、配油盤腔室以及油管路的硬質(zhì)顆粒，保證新盤車的裝配清潔度。

（3）嚴(yán)格按照制造廠圖紙的要求的對中標(biāo)準(zhǔn)及裝配標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場更換新盤車。

（4）解體清理1號軸承座供油控制模塊，對脫落的壓力油供油調(diào)節(jié)閥節(jié)流孔，按照廠家標(biāo)準(zhǔn)重新裝配。

（5）嚴(yán)格控制現(xiàn)場油質(zhì)情況，頂軸油、潤滑油油質(zhì)顆粒度在NAS5級以下時方可投運(yùn)液壓盤車油路；重新做抬軸試驗(yàn)后，啟動液壓盤車，狀態(tài)良好。處理完畢。

5 結(jié)語

通過生產(chǎn)現(xiàn)場對液壓盤車故障的分析及處理，總結(jié)出一些提高液壓盤車可靠性的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并針對存在的問題提出一些建議供探討：

（1）液壓盤車裝配時，應(yīng)嚴(yán)格控制超速離合器腔室，液壓馬達(dá)腔室，配油盤腔室、油管路以及供油控制模塊等部件的清潔度；新部件到現(xiàn)場，最好的辦法是解體進(jìn)行徹底的檢查、清理，必要時，應(yīng)在安裝前進(jìn)行大流量油沖洗。

（2）液壓盤車的供油系統(tǒng)的油質(zhì)狀況，隨時隨地都要嚴(yán)格保證。

（3）制造廠圖紙的要求的對中標(biāo)準(zhǔn)及裝配標(biāo)準(zhǔn)是液壓盤車工作的良好保證，必須嚴(yán)格執(zhí)行；應(yīng)特別注意的工藝：液壓盤車對中須在垂直接合面加裝磨制的楔形墊片；中心數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子冷熱態(tài)揚(yáng)度的變化予以合理控制。

（4）當(dāng)前的液壓盤車選用的是離心非接觸式超速離合器，可靠性較差，可以進(jìn)行接觸式超速離合器的改型可行性研究。

（5）鑒于1000MW機(jī)組汽輪機(jī)液壓盤車可靠性偏差的現(xiàn)狀，可以進(jìn)行液壓盤車油路改造，實(shí)現(xiàn)在線隔離拆裝的可行性研究。

液壓盤車是汽輪機(jī)啟停過程中的重要部件，保證其可靠性對于機(jī)組的安全穩(wěn)定至關(guān)重要，對液壓盤車的可靠性研究將是技術(shù)人員長期的課題，任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶鼎文.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊（第二卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 郭延秋.大型火電機(jī)組檢修實(shí)用技術(shù)叢書（汽輪機(jī)分冊）

[M].北京：中國電力出版社，2003.

作者簡介：何金根（1984-），男，安徽人，神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司助理工程師，研究方向：火電廠集控運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）