高溫氣冷堆示范工程汽輪機盤車裝置自動脫開故障分析及處理

李小龍，董毓暉，朱興文，原 玉，侯小龍

(華能山東石島灣核電有限公司，山東 榮成 264312)

汽輪機盤車裝置是在汽輪機啟動前及停機后帶動軸系旋轉的驅動裝置，是確保汽輪機冷態預熱和熱態降溫均勻、避免轉子變形的關鍵設備，其穩定運行對于機組的安全至關重要。

高溫氣冷堆示范工程采用低速側裝式盤車裝置，其安裝在低壓缸發電機側的軸承承座上。該盤車裝置既能手動投入，又能自動投入；既能手動盤車，又能電動盤車；既能連續運行，又能點動運行。盤車電動機為Y2-225S-4型封閉式三相異步電動機，功率為37 kW，轉速為1 480 r/min，通過各大小齒輪將動力傳遞至嚙合齒輪，最終和安裝在低壓轉子與發電機轉子兩聯軸器間裝設的盤車大齒輪嚙合，使它以3.79 r/min的速度來盤動轉子。

本文對高溫堆汽輪機盤車裝置在自動連續運轉過程中出現的停運并脫開的故障進行了詳細分析，最終確認其是由齒輪嚙合不良引起操縱桿晃動導致，并提出了解決措施。

1 高溫堆盤車裝置自動脫開故障分析

1.1 問題現象描述

在某次進行汽輪機盤車定期保養時，將盤車裝置啟動投入自動連續運行狀態，穩定運行1 min后，盤車裝置突然停運并與汽輪機轉子自動脫開。經多次試運排查，仍然出現了自動連續運行狀態下盤車裝置突然停運并脫開的現象。

1.2 故障原因分析

高溫氣冷堆示范工程采用低速側裝式盤車裝置，其安裝在低壓缸發電機側的軸承承座上。該盤車裝置既能手動投入，又能自動投入；既能手動盤車，又能電動盤車；既能連續運行，又能點動運行。

汽輪機盤車控制回路電氣圖，如圖1和圖2所示(回路導通條件已標注)，回路中設備名稱及導通條件見表1。

表1 電氣回路設備名稱及接點導通條件表Table 1 Conditions for the conduction of the electrical circuit equipment

圖1 盤車裝置運行電氣原理圖Fig.1 The electrical schematic of turning gear operation

圖2 盤車裝置自動順序運行電氣原理圖Fig.2 The electrical schematic of automatic sequential operation of the turning gear

在連續盤車運行狀態下，導致盤車電機停運的原因可能有：

2)盤車電機的熱繼電器或接觸器出現問題，導致盤車電機斷電停運；

1.3 原因排查

將盤車控制回路打至切除位，在斷電保證安全的前提下，對馬達保護帽、頂軸油壓、接觸器和熱繼回路進行檢查，均未發現異常。

通過以上檢查試驗和故障復現，發現每次停運脫開首先是由于操縱桿位置由嚙合位甩開到脫開位，進而導致的盤車控制回路斷開致使電機停運。

自動連續盤車和手動連續盤車的根本區別在于：自動模式下由壓縮空氣通過3個電磁閥作用于氣動嚙合缸使操縱桿帶動嚙合齒輪與盤車大齒輪嚙合，而手動模式下無壓縮空氣，只能人為手動操作嚙合操縱桿進行手動嚙合，如圖3所示。

圖3 壓空供氣原理圖Fig.3 The schematic of compressed air supply

經分析可知，在盤車自動連續運行狀態下，初始從零轉速至大于1 r/min后穩定運行10 s內，由于嚙合用壓縮空氣持續供應，將保持盤車嚙合狀態，但是當氣缸內嚙合用壓縮空氣排出后，由于某種原因使得操縱桿向左移動到達脫開位，進而使盤車電機停運。考慮可能存在的故障：

將脫開供氣管拆除，分別在未運行靜止態，手動連續運行態以及自動穩定運行未脫開期間，用紙巾測試均未檢測到脫開供氣管漏氣，故排除電磁閥漏氣的可能。

綜上分析，最終確認故障原因是盤車連續運行期間，操縱桿發生晃動，當晃動幅度較大晃至中間位置時，在自動模式下，脫開電磁閥得電致使操縱桿完全脫開，電機停運。汽輪機盤車裝置自安裝調試以來經過多次運轉，均可穩定運行，而最近突然會發生不穩定運行情況，經分析及經驗反饋可知，裝置前期使用時各部件都比較完好，嚙合齒輪與盤車大齒輪咬合良好，驅動受力恒定。隨著時間延長，盤車次數增多，且在自動捏合過程中可能發生齒頂齒的情況沖擊，齒輪嚙合情況逐漸下降，另外高溫堆示范工程的汽輪機從安裝到整組啟動間隔很長，盤車每半月進行一次，進行次數較多，因此出現了齒輪嚙合不良導致操縱桿晃動的情況。

2 處理及建議措施

后續對盤車裝置進行解體，發現盤車嚙合部分齒輪表面存在磨損，盤車大齒輪1齒的齒頂磨損較明顯，盤車裝置在嚙合位置時，2號擋塊與擋板貼緊，1號擋塊有松動現象，在盤車裝置油箱及底部濾網發現金屬碎屑、金屬絲和金屬條狀物，分析此故障的直接原因為1號擋塊與擋板存在間隙，導致盤車大齒輪和嚙合齒輪嚙合面不平行，受力不均勻，長期運行后造成齒輪磨損。根本原因是安裝單位對圖紙的技術要求落實不到位，對現場安裝存在困難的技術要求未能進行澄清并要求答復，未能逐條按照圖紙技術要求進行安裝并形成相應記錄。事后廠家對嚙合齒輪齒面進行了修磨，并且將2號擋塊由30.1 mm修磨至29.6 mm，修磨后，1號和2號擋塊均和擋板貼緊。

目前盤車運行穩定，狀態良好。

為了防止以后出現此種情況，考慮的建議措施：

1)盡量使用手動盤車。雖然該盤車裝置可以實現自動投入運行功能，但是如果初次嚙合不到位發生齒頂齒的情況會強制啟動電機可能造成齒輪的磨損。盡量盤車時使用手動嚙合工具，人為緩慢嚙合，確保嚙合完畢后手動啟動電機進行盤車。但是此時要注意在汽輪機停運后如果盤車在手動位置必須及時派人將盤車手動投入，避免大軸的損壞。

2)增加變頻器，在盤車電機電纜進線前增加變頻器轉接。利用變頻器的升速功能，在自動狀態下保證在初次嚙合不到位發生齒頂齒的情況下以低速啟動電機緩慢滑動嚙合，避免全速啟動造成齒輪的磕碰磨損。

3)增加氣動嚙合轉換開關，如圖4所示，在K4-43和K4-14之間加裝轉換開關，在連續運行期間打至接通位，使嚙合供氣電磁閥動作持續提供壓空動力，保證盤車操縱桿始終處于嚙合狀態，避免晃動發生，同時可避免汽輪機閥門漏汽造成盤車裝置的脫開。

圖4 增加氣動嚙合開關圖Fig.4 The drawing of adding pneumatic meshing switch

3 結論

汽輪機盤車裝置對于機組的安全至關重要，汽機沖轉前及停運后必須保持盤車的連續運行。本文對盤車裝置運行中出現的自動脫開故障進行了詳細排查確定原因為齒輪嚙合不良引起操縱桿晃動導致，并提出了相應的建議措施，為后續機組的安全調試及運行提供了一定的保障。