西门子1000MW汽轮机液压盘车故障事故

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摘要：文章以某电厂西门子技术超超临界1000MW汽轮机在整套启动过程中发生的液压盘车故障为例，介绍了投入生产的同类型机组中，频繁出现的汽轮机液压盘车故障损坏的过程及处理情况，从液压盘车的结构、原理以及现场解体检查的实际情况出发，对液压盘车的故障原因进行了分析，并制定出相应的可行性措施进行处理，以期能在同类型机组提高液压盘车可靠性方面有所借鉴。
　　

关键词：西门子；超超临界；汽轮机；液压盘车；故障处理、　
背 景   
1、相关装置

　　某电厂汽轮机是由上海汽轮机有限公司和德国西门子公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八段回热抽汽、反动凝汽式汽轮机N1000-26.25/600/600（TC4F）。
　　西门子1000MW汽轮机液压盘车装置安装在前轴承座前，主要由液力调速马达、离心非接触式超速离合器、中间轴和必要的轴承及紧固件组成。液压马达直接由顶轴油驱动，即当顶轴系统投入运行时，盘车即投入。在液力马达的给油管上装有可调节流阀，用以改变速度。做抬轴试验时，通过关闭节流阀，可以将轴盘车系统从顶轴系统中隔离出来。
　　液力马达通过有齿轴和法兰转动超速离合器的外座圈。外座圈由护环和两个滚珠轴承支承在壳体内；超速离合器的内座圈直接紧固在中间轴的端部上。为了防止轴承在汽轮机正常运行期间发生静止腐蚀，向液力马达输送少量润滑油，使马达缓慢转动。
　　盘车装置是自动啮合型的，盘车控制电磁阀打开后，高压工作油通过配油环进入装有5个液压油缸的盘车马达，液压油缸中的柱塞被液压油推动向液压马达的偏心轴施加扭矩，使得偏心轴旋转。液压马达偏心轴与盘车小轴之间装有离合器，在转子转速低于60r/min后，开启盘车电磁阀，离合器啮合，盘车马达驱动盘车小轴旋转。在汽轮机冲转达到一定转速后，离合器在离心力作用下自动脱开，盘车马达开始自行空转，随后盘车电磁阀关闭，液压马达在润滑油的作用下，以6～12r/min的速度空转。
　　驱动液压盘车的液压马达由5个伸缩油缸、1根偏心轴以及配流盘等组成，为径向柱塞式液压马达。马达的工作原理为把工作油的压能转换为使驱动轴转动的动能。需要盘车时，顶轴油的电磁阀打开，借助于在伸缩油缸中的压力油柱，把压力传递给马达的输出偏心轴，使马达伸出轴通过中间传动轴带动转子转动，其自动化程度较高。
2、6号机组整套启动期间液压盘车故障过程
　　2月22日12：09，6号机组负荷867MW时，锅炉MFT动作，机组跳闸。
　　12：53，主机转速低于510rpm时，6A、B顶轴油泵联启，就地确认油压及泵运行正常。
　　13：51，主机转速降至120rpm，盘车电磁阀联开正常。
　　14：16，主机转速降至60rpm，就地检查发现盘车液压马达转动声音微弱，立即手动开大供油手动门，但主机转速仍缓慢下降；调试、工程、监理各方立即就地检查，确认盘车工作不正常，就地已将供油手动门全开而转速仍不能维持，启动3台顶轴油泵并将盘车电磁阀及手动门开关数次仍旧不能维持转速，调试要求保持主机真空及轴封系统正常运行，主机转速降至2rpm后，施工人员采取就地手动盘车的方式，维持盘车转速1.5rpm左右。
　　手动盘车期间，施工人员在线检查更换盘车电磁阀后，盘车仍不能正常工作，各方决定维持手动门盘车，等缸温降至厂家标准时，检查盘车装置及1号瓦。手动盘车期间主机振动及偏心、瓦温及油温、油压、顶轴油压正常，对机组运行可靠性产生较大的影响。

液压盘车解体检查情况
1、6号机组损坏的液压盘车解体情况
　　2月23日上海汽轮机厂技术人员到达现场，与现场人员开会讨论处理方案，为保护汽轮机轴瓦和转子免受损坏，决定在高压缸内缸壁温180°时采取短时停润滑油、顶轴油系统，将液压盘车从系统拆卸进行解体，并检查1号轴承座供油控制模块内部；在高压缸内缸壁温低于120°时停止手动盘车。
　　3月3日汽轮机高压缸内缸壁温到180°，短时停运润滑油、顶轴油系统，现场进行拆卸液压盘车及检查1号轴承座供油控制模块工作。
　　1.1 检修人员检查1号轴承座供油控制模块，发现：液压盘车压力油供油调节阀节流孔脱落，供油控制模块节流孔为螺纹连接，为防止脱落，标准要求要在螺纹上涂粘合剂后紧固，现场检查未发现涂胶痕迹；节流孔脱落直接造成液压盘车压力油供油调节失控，如下图3所示：
　　1.2 检修人员解体6号机组损坏的液压盘车情况。拆除6号机液压盘车，随后恢复油系统运行和手动盘车。对6号机液压盘车解体检查后，发现盘车存在以下部件损坏故障：
　　离心非接触式超速离合器磨损严重：离合器传动楔块冲击磨损严重，有的已经脱落碎裂；楔块的拉紧弹簧全部脱落并冲击、摩擦成碎屑；离合器内、外环都有明显的摩擦痕迹；在离合器腔室内有许多弹簧、楔块以及摩擦成堆的金属碎屑。
　　液压盘车小轴轴瓦磨损严重：超速离合器磨损的金属碎屑进入小轴轴瓦，造成轴瓦乌金的拉伤、磨损。另外，检查还发现：轴瓦的顶轴油囊气蚀严重，顶轴油囊已经损坏。
　　液压马达配油盘传动键槽及传动销头磨损：液压马达配油盘通过传动销与液压马达偏心曲轴连接，跟随液压马达曲轴旋转，起到为液压马达5个伸缩油缸切换供、回油的作用，液压马达配油盘是液压马达的关键部件，没有它的旋转完成供、回油切换，液压马达将失去动力；液压马达配油盘传动键槽及传动销头磨损后，配油盘将不会随偏心曲轴旋转，液压马达失去动力。
　　液压马达配油盘进油孔与回油腔室密封圈磨损：液压马达配油盘进油孔与回油腔室密封圈的作用是在配油盘旋转时，隔离进油孔与回油室。密封圈磨损失去作用，液压马达压力油进油进入配油盘后会直接短路进入回油室，液压马达将因压力油不足而失去动力。 　　

2、对要更换的新液压盘车解体情况

　　针对6号机液压盘车的损坏情况，现场已无法修复使用，需要返厂处理。现场决定更换新的液压盘车，鉴于液压盘车可靠性较差的现状，在厂家人员指导下，现场人员对新盘车进行了解体。检查发现问题如下：
　　2.1 离心非接触式超速离合器2只传动楔块卡涩。检查新的离心非接触式超速离合器传动楔块2只卡涩不灵活，离心非接触式超速离合器传动楔块是靠转速升高后的离心力克服弹簧力，传动楔块收回来实现离合器与液压马达脱开，12只传动楔块任何1只卡涩都将带来离合器冲击损坏、磨损的后果。当前的离合器已不能装配使用，需要厂家重新更换。
　　2.2 检查液压盘车超速离合器腔室、液压马达腔室、配油盘腔室，发现存在较多的硬质颗粒，在配油盘腔室还发现许多铸造沙粒。


故障原因分析
1、离心非接触式超速离合器传动楔块卡涩的原因
　　6号机组启动升速过程中，离心非接触式超速离合器传动楔块卡涩，没有及时脱开，汽轮机转子高速冲击造成离合器损坏，是本次6号机组降速时，液压盘车无法工作的主要原因：
　　1.1 离心非接触式超速离合器可靠性较差，传动楔块很容易卡涩。离心非接触式超速离合器传动楔块的脱开与啮合原理如下图4所示。静止或者盘车转速下，传动楔块靠底部弹簧力拉住维持啮合状态，此时，离合器与传动外环啮合，液压马达可以带动汽轮机转子旋转；当汽轮机转速升高，盘车需要脱开时，在离心力的作用下，传动楔块的底部重量大的部分克服弹簧力向外甩出，传动楔块翻转维持脱开状态，离合器与传动外环脱开。
　　由此，传动楔块灵活与否是离合器正常工作的关键，12只传动楔块任何1只卡涩都将带来离合器冲击损坏、磨损的后果。
　　影响传动楔块卡涩的因素很多，包括传动楔块的配合间隙、楔块弹簧的可靠性与预紧力等，另外厂家装配时离合器室的清洁度、投入运行过程中现场油质的颗粒度都将是重要的不确定影响因素。对厂家原装的新液压盘车解体时就发现离合器传动楔块的配合间隙小而卡涩，另外离合器室的硬质颗粒也较多。
　　1.2 本次解体检查盘车小轴的轴瓦，沿轴瓦长度方向的接触痕迹比较均匀，没有发现偏磨情况；另外现场盘车安装过程中，严格按照制造厂图纸的要求进行中心调整，保证盘车小轴中心高于高压转子中心0.10±0.02mm；可以排除中心不良造成盘车小轴受到弯曲应力的情况。
2、液压马达配油盘传动键槽、传动销头磨损及配油盘进油孔与回油腔室密封圈磨损的原因分析
　　液压马达配油盘传动键槽及传动销头磨损，配油盘将不会随偏心曲轴旋转，使液压马达失去动力；另外液压马达配油盘进油孔与回油腔室密封圈磨损，液压马达也因压力油不足而失去动力，也是本次液压盘车无法工作的原因之一：
　　2.1 离合器未脱开，液压马达曲轴被汽轮机转子带动高速旋转，造成液压马达内部用于向5个液压油缸分配高压工作油的配流盘与液压马达主轴之间的传动杆也高速旋转，造成冲击。
　　2.2 从厂家原装液压马达解体看，配流盘回油室内存在很多铸造沙粒，造成配流盘与回油室配合接合面磨损，进油孔与回油腔室密封圈磨损，同时，配流盘卡涩不能随传动杆高速旋转，使配流盘与传动杆之间的传动键槽磨损。
　　2.3 液压盘车压力油供油调节阀节流孔脱落
　　液压盘车压力油供油调节阀节流孔脱落，造成液压盘车压力油供油调节失控，也使盘车工作状态更加恶化，并且促使盘车小轴轴瓦顶轴油量大增，直接造成了小轴轴瓦顶轴油囊的气蚀损坏。



现场处理
1、联系厂家重新提供1套新的离合器，经检查确认所有离合器传动楔块动作灵活后，对新的液压盘车进行组装。
　　2、彻底清理液压盘车超速离合器腔室、液压马达腔室、配油盘腔室以及油管路的硬质颗粒，保证新盘车的装配清洁度。
　　3、严格按照制造厂图纸的要求的对中标准及装配标准，现场更换新盘车。
　　4、解体清理1号轴承座供油控制模块，对脱落的压力油供油调节阀节流孔，按照厂家标准重新装配。
　　5、严格控制现场油质情况，顶轴油、润滑油油质颗粒度在NAS5级以下时方可投运液压盘车油路；重新做抬轴试验后，启动液压盘车，状态良好。处理完毕。
结语
　　通过生产现场对液压盘车故障的分析及处理，总结出一些提高液压盘车可靠性的生产经验，并针对存在的问题提出一些建议供探讨：
　　1、液压盘车装配时，应严格控制超速离合器腔室，液压马达腔室，配油盘腔室、油管路以及供油控制模块等部件的清洁度；新部件到现场，最好的办法是解体进行彻底的检查、清理，必要时，应在安装前进行大流量油冲洗。
　　2、液压盘车的供油系统的油质状况，随时随地都要严格保证。
　　3、制造厂图纸的要求的对中标准及装配标准是液压盘车工作的良好保证，必须严格执行；应特别注意的工艺：液压盘车对中须在垂直接合面加装磨制的楔形垫片；中心数据应根据机组高压转子冷热态扬度的变化予以合理控制。
　　4、当前的液压盘车选用的是离心非接触式超速离合器，可靠性较差，可以进行接触式超速离合器的改型可行性研究。
　　5、鉴于1000MW机组汽轮机液压盘车可靠性偏差的现状，可以进行液压盘车油路改造，实现在线隔离拆装的可行性研究。
　　液压盘车是汽轮机启停过程中的重要部件，保证其可靠性对于机组的安全稳定至关重要，对液压盘车的可靠性研究将是技术人员长期的课题，任重而道远。



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