汽輪機(jī)盤車無法自動嚙合原因分析及處理

王宏亮

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 葫蘆島 125112）

0 引言

某核電1號機(jī)組汽輪機(jī)盤車電動機(jī)功率為11 kW，盤車電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 r/min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1.44 r/min，盤車裝置采用立式安裝，由盤車電動機(jī)、箱體、傳動軸、蝸輪蝸桿、齒輪傳動系統(tǒng)、氣動嚙合裝置、電氣控制等部分組成[1]。盤車電動機(jī)帶動傳動軸同步轉(zhuǎn)動，通過蝸輪蝸桿帶動盤車齒輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，并經(jīng)齒輪傳動系統(tǒng)減速后，通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤車齒輪實現(xiàn)對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的盤車。盤車裝置是汽輪機(jī)在非工作狀態(tài)下實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的主要動力，是確保汽輪機(jī)冷態(tài)預(yù)熱和熱態(tài)降溫均勻、避免轉(zhuǎn)子變形的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行正常與否直接關(guān)系著機(jī)組的安全運(yùn)行。

通過設(shè)備安裝后汽輪機(jī)盤車裝置調(diào)試及現(xiàn)場檢查，結(jié)合汽輪機(jī)盤車無法自動嚙合進(jìn)行分析，查找出了造成問題的原因，并進(jìn)行相關(guān)調(diào)整、優(yōu)化，解決了盤車無法自動嚙合的問題，確保機(jī)組順利投產(chǎn)。

1 盤車無法自動嚙合情況

該核電1號機(jī)組安裝完成后，在進(jìn)行熱態(tài)功能試驗期間，所進(jìn)行的部分系統(tǒng)試驗會導(dǎo)致汽輪機(jī)盤車裝置脫開，而盤車裝置脫開后，在滿足自動嚙合條件下，多次發(fā)生盤車無法自動嚙合的情況。根據(jù)盤車裝置調(diào)試時確定的時間參數(shù)進(jìn)行手動嚙合，也有不能嚙合的情況發(fā)生。表1為試驗期間盤車嚙合成功情況。

表1 試驗期間盤車嚙合成功情況

2 盤車無法自動嚙合原因分析

結(jié)合汽輪機(jī)盤車自動嚙合原理及安裝后盤車裝置調(diào)試、現(xiàn)場檢查情況，對盤車無法自動嚙合的原因進(jìn)行逐一分析。

2.1 盤車嚙合齒輪行程分析

由于安裝及單體調(diào)試期間，設(shè)備處于冷態(tài)，在機(jī)組熱態(tài)功能試驗期間，相關(guān)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，因設(shè)備運(yùn)行、受熱等綜合原因，原機(jī)組調(diào)試期間，設(shè)備間隙和相對位置發(fā)生變化，導(dǎo)致盤車齒輪不能到達(dá)嚙合位置或嚙合后盤車操作桿未觸發(fā)盤車嚙合限位開關(guān)，使系統(tǒng)無法識別盤車嚙合狀態(tài)，因而顯示未成功嚙合。

表2 盤車設(shè)備間隙或位置變化情況 mm

分析表明，運(yùn)行條件變化后盤車嚙合齒輪行程不合理為造成盤車無法自動嚙合的原因。

2.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速配置分析

在盤車嚙合齒輪與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子齒輪接觸嚙合時，如果汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于盤車嚙合齒輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子齒輪將帶動嚙合齒輪機(jī)構(gòu)向脫開位置移動并最終導(dǎo)致盤車自動脫開。如果轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速配置不合理，在盤車裝置嚙合時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未降到零，則在盤車嚙合后馬上會導(dǎo)致盤車裝置自動脫開。經(jīng)檢查，原組態(tài)中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以5 s內(nèi)無脈沖信號為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速判定標(biāo)準(zhǔn)，而此時汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可能未完全靜止。因此，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速配置不合理也是造成盤車無法自動嚙合的原因。

2.3 盤車電動機(jī)點動時間和嚙合時間設(shè)置分析

如圖1所示，盤車裝置嚙合時，嚙合裝置繞O點順時針旋轉(zhuǎn)角度A，嚙合齒輪2逆時針轉(zhuǎn)動，在嚙合裝置旋轉(zhuǎn)角度A～B時，嚙合齒輪開始與轉(zhuǎn)子大齒輪有接觸可能，然后在嚙合裝置繞O點旋轉(zhuǎn)角度B過程中，實現(xiàn)盤車的完全嚙合。如果此時嚙合齒輪未轉(zhuǎn)動，則可能發(fā)生嚙合齒輪與轉(zhuǎn)子齒輪頂齒現(xiàn)象，盤車裝置無法到達(dá)完全嚙合位置，則嚙合不成功；如果嚙合齒輪旋轉(zhuǎn)過快，則在行程d內(nèi)容易發(fā)生頂齒；嚙合齒輪只有在一定范圍內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，在行程d內(nèi)嚙合齒輪與轉(zhuǎn)子齒輪嚙合的概率最高。

圖1 盤車裝置嚙合示意圖

在盤車裝置安裝完成后的試驗期間，在盤車電動機(jī)點動時間相同的情況下，對于不同的嚙合時間，盤車自動嚙合成功的情況不同，綜合廠家推薦值及現(xiàn)場試驗確定盤車嚙合時間為18 s。表3為安裝后盤車在不同嚙合時間下的試驗情況。

表3 盤車在不同嚙合時間下的試驗情況

機(jī)組進(jìn)入試驗狀態(tài)后，盤車的運(yùn)行條件發(fā)生變化。盤車電動機(jī)點動時間和嚙合時間設(shè)置不合理也是造成問題的原因。

3 問題處理

3.1 盤車嚙合齒輪行程調(diào)整

在接近盤車運(yùn)行條件下，對盤車操縱桿的行程及限位開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，確保盤車裝置能夠完全嚙合，并觸發(fā)嚙合限位開關(guān)；在盤車裝置脫開后，能夠觸發(fā)脫開限位開關(guān)。同時，保證盤車嚙合與脫開限位開關(guān)間有足夠的行程，使盤車操縱桿能夠有效地反映盤車嚙合狀態(tài)。

盤車操縱桿調(diào)整后的相關(guān)數(shù)值如表4所示。

表4 調(diào)整后設(shè)備間隙或位置 mm

3.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速組態(tài)優(yōu)化

汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)通過測量汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子凹槽反射的脈沖來確認(rèn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速組態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，修改為60 s內(nèi)如果脈沖數(shù)少于10個，則判定為零轉(zhuǎn)速。經(jīng)測試，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子完全停止后約57 s觸發(fā)零轉(zhuǎn)速信號，滿足要求。

3.3 盤車裝置點動時間和嚙合時間調(diào)整

為選擇盤車嚙合時的合理轉(zhuǎn)速，首先確定嚙合齒輪的惰轉(zhuǎn)情況，因此對盤車電動機(jī)點動時間和嚙合齒輪惰轉(zhuǎn)時間進(jìn)行測試，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 盤車電動機(jī)惰轉(zhuǎn)時間測試結(jié)果

根據(jù)上述測試結(jié)果，將盤車電動機(jī)點動時間暫時設(shè)定為2.0 s，選取不同的嚙合時間進(jìn)行盤車自動嚙合測試，結(jié)果如表6所示。

表6 盤車不同嚙合時間測試結(jié)果

根據(jù)上述測試結(jié)果，將盤車自動嚙合時間調(diào)整為17 s，模擬熱態(tài)功能試驗期間盤車脫扣情形進(jìn)行2次測試，結(jié)果自動嚙合均失敗。在2次測試過程中發(fā)現(xiàn)，嚙合齒輪惰轉(zhuǎn)時間為17 s，與此前測得的約24 s的盤車電動機(jī)惰轉(zhuǎn)時間相差較大。

在后續(xù)的嚙合齒輪惰轉(zhuǎn)時間測試中，發(fā)現(xiàn)嚙合齒輪惰轉(zhuǎn)時間在17～20 s小范圍波動，分析可能原因為：1）盤車電動機(jī)電源電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致同樣的點動時間下電動機(jī)轉(zhuǎn)速不同；2）電源接觸器動作時間不準(zhǔn)確，導(dǎo)致盤車電動機(jī)實際通電時間不同；3）轉(zhuǎn)動部件摩擦不穩(wěn)定，導(dǎo)致阻力不同；4）轉(zhuǎn)動部件受熱情況不同。據(jù)此，對盤車裝置轉(zhuǎn)動部件進(jìn)行充分潤滑，并對盤車電動機(jī)實際點動時間、接觸器動作時間、馬達(dá)電動機(jī)電流/電壓、盤車電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，并在試驗期間檢查轉(zhuǎn)動部件受熱情況。3次試驗結(jié)果如表7所示。

表7 嚙合齒輪惰轉(zhuǎn)情況測試結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果，盤車電動機(jī)的電源、接觸器動作時間正常；多次試驗時齒輪潤滑情況、零部件受熱情況等因素較復(fù)雜，對盤車電動機(jī)惰轉(zhuǎn)時間產(chǎn)生一定影響；同時根據(jù)設(shè)備安裝后的調(diào)試情況，隨著機(jī)組運(yùn)行工況的改變，當(dāng)前測試狀態(tài)與機(jī)組正常運(yùn)行工況接近，測試結(jié)果更能反映盤車嚙合齒輪惰轉(zhuǎn)的正常運(yùn)行工況，同時考慮了潤滑、部件受熱等影響因素。

綜合多次試驗測量數(shù)據(jù)，將盤車電動機(jī)點動時間設(shè)定為1.0 s，嚙合時間設(shè)定為14 s，再次模擬熱態(tài)功能試驗期間盤車脫開情形進(jìn)行自動嚙合測試，結(jié)果成功8次，失敗3次，具體測試結(jié)果如表8所示。

表8 盤車裝置自動嚙合測試結(jié)果

根據(jù)盤車裝置自動嚙合的原理，盤車裝置自動嚙合過程中存在小概率的頂齒情況，該結(jié)果能夠滿足盤車自動嚙合要求。在后續(xù)的熱態(tài)功能試驗過程中，盤車裝置均實現(xiàn)了自動嚙合。

4 結(jié)論

針對某核電1號機(jī)組調(diào)試期間出現(xiàn)汽輪機(jī)盤車無法自動嚙合而導(dǎo)致盤車無法自動投運(yùn)的問題，從盤車嚙合齒輪行程、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速配置、盤車電動機(jī)點動時間和嚙合時間等方面逐一進(jìn)行排查，找出了問題的產(chǎn)生原因為運(yùn)行條件變化后盤車嚙合齒輪行程不合理、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速配置不合理、盤車電動機(jī)點動時間和嚙合時間設(shè)置不合理，最終通過調(diào)整盤車操縱桿行程、優(yōu)化汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速組態(tài)、調(diào)整盤車電動機(jī)點動時間和嚙合時間等方法解決了盤車裝置無法自動嚙合的問題，使得機(jī)組順利投產(chǎn)。