2007年东汽600MW机组技术经验交流会 （资料五）
600MW汽轮机盘车装置常见故障分析与处理
东汽用户服务处 宋大全 马现云
摘要： 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轴套磨损等问题进行分析解决，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、顺利运行。 关键词： 盘车装置 故障 分析处理
1、概论及工作原理
自上世纪90年代初东汽开始引进日立亚临界、超临界和超超临界600MW机组技术，至今有超过50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。盘车装置是汽轮机本体重要部套设备之一，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。针对东汽600MW机组盘车装置的结构原理和实际应用情况作以下介绍。 1．1工作原理简介
东汽600MW汽轮机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盘车齿轮转动。盘车装置安装于汽轮发电机组的B低压缸和发电机之间的低压后轴承箱左侧。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信号给控制柜，10秒后电磁阀自动断电，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
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杆使曲柄杠杆旋转约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Φ14节流螺塞分配给盘车装置的轴套润滑和齿轮啮合润滑,盘车状态时润滑油油温控制在27～40℃范围内。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。
1．2盘车装置特征
东汽600MW汽轮机盘车装置结构及使用有以下特征：
⑴ 驱动电机必须先旋转，才能使挂齿齿轮与大轴齿轮顺利啮合。
⑵ 通常不能用其它方式使盘车装置强迫脱开，除非用蒸汽驱动大轴转动或手盘动电机反转。
⑶ 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。
⑷ 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。
⑸ 盘车装置装还具有手动盘动装置，即单向棘轮操作把手（件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（件41）上。 链盖（件41）的一个活动盖子（件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（件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，防止可能发生的伤害。 ⑹ 盘车电机是YB2-180l-6型防暴三相异步电动机（Δ/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。
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图1 盘车装置结构
2、常见故障分析与处理
2．1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、广东某电厂#1机试运期间，出现5P轴套和惰轮轴套磨损严重。5P轴轴套磨损仅在受力的上部，磨损后轴套内孔呈梨椭圆，单侧磨损约1.5～7.5 mm；惰轮的轴套呈整圆均匀磨损，最大磨损量直径约2.6mm以上，同时出现盘车电流较大约17～18A且不稳定。甚者盘车齿轮齿面被咬伤无法再使用的问题。
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图2 安徽某电厂#1机盘车5P轴轴套磨损 图3安徽某电厂#1机盘车惰轮轴轴套磨损
2.1.1设计方面盘车装置轴的硬度和强度相对轴套来说，轴套属易磨损件，在装置试运跑合期间，出现铜轴套轻微磨损属正常现象，不会影响盘车装置正常工作。
2.1.2从结构制造、外负载考虑，工厂均采用数控机床加工其盘车装置壳体，其加工形位误差均应达到设计要求。现场用游标卡尺和深度游标卡尺测量各齿轮轴的平行度和交叉度基本满足要求；用涂红丹检查齿轮副的接触均能达到70%以上，再用压铅法测量各齿轮副间齿侧间隙均在合格范围内。为了使齿轮副啮合更好和轴套与轴接触良好，盘车装置进行空载跑合约10小时。同时在盘车第一次投入前检查外载情况，即一人用手动盘动装置转动盘车装置带动大轴较轻松后才投入电动盘车。从另一角度考虑，在加工周期允许和加工成本不会明显增加的前提下，可以将各齿轮副的齿表面的粗糙度精度提高一些，来减小齿轮副之间的滑移系数，从而降低盘车装置的内功耗，相应也降低齿轮啮合噪音，使盘车电流大大降低。
2.1.3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），一旦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。铜轴套磨损后内表面出现沟槽，磨掉下的铜屑呈很细颗粒状和细片状，大量进入油系统，导致油系统污染，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，这种情况应以注意清洁度预防范。内蒙某电厂#3机盘车装置轴套磨损就属此情况。
2.1.4在铜轴套材料方面，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。国产化初选锡青铜（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
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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。2006年轴套选用耐磨性更好、抗挤压强度更高，易于制造加工铝青铜（QAl9-4）。
2.1.5改进轴套润滑。将5P轴轴套的润滑油油囊方位由底部改为水平方向偏逆时针旋转方向30度角（如图4所示），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。在安徽某电厂#1、#2机盘车装置试用良好，相应地延长了轴套的使用寿命，收效较好。
轴旋转方向
图4 5P轴套新结构示意图
综上所述，轴套磨损有两大主要原因，一是新机试运期间，润滑油的清洁度差会造成轴套磨损；二是轴套材料和轴套结构问题，在同期出现轴套磨损的电厂和新安装机组的盘车装置逐一更换优化的材料轴套和结构，均彻底得以解决。东汽以后陆续出产的盘车装置的所有轴套全部更换成铝青铜，杜绝了轴套易磨损的问题再次出现。
2．2盘车装置启动电机时（未投自动），挂齿齿轮向大轴齿轮自动啮合现象；汽轮冲转后脱不开，必须人手动强行搬开现象。
盘车装置电机启动时（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的现象。在安徽某电厂#1机试运期间曾经出现。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发生摩擦。分析认为：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。
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从设计看，5P轴的轴向总窜动约为2mm，而5P轴的小齿轮、惰轮和挂齿齿轮两端面与曲柄端面两侧间隙均为5mm，若此间隙不符合要求，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，铜轴套易被挤压变形磨损。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，造成盘车装置自身功耗增大，盘车电流增大。同时辅助拐臂弹簧预压量未调整适当紧，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，将在惰轮和挂齿齿轮轴套两端开四条对称的深1mm宽5mm（或开成R3半圆槽如图5所示）排油槽，使其润滑油两端面畅通，避免加剧磨损。
图5 隋轮、挂齿齿轮轴套新结构示意图
总之，东汽将轴套的材料更换成铝青铜和结构优化后，未出现过盘车装置启动电机时（未投自动），挂齿齿轮向大轴齿轮自动啮合现象；汽轮冲转后脱不开，必须人手动强行搬开现象。
2.3盘车装置不能啮合或啮合不到位而甩开现象。
2.3.1东汽600MW汽轮机的盘车装置输出挂齿齿轮轴的转速较低，仅有6.3rpm，与汽轮机大轴啮合投入时的启动转矩比较接近，啮合应很平稳。事实证明：正常情况下，多数盘车装置空转电流与投盘车带动大轴转动时的电流几乎一样，投入十分平稳。
2.3.2盘车装置不能啮合或啮合不到位而被甩开的现象，是由于大轴出现反力矩大于盘车装置的主力矩。山西某电厂#2机在吹管前投盘车装置，只要一投，盘车就被甩开，随后就引起大轴自转约（5～7rpm）。查找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。近期投运的河南丰鹤#3机和广西钦州电厂#2机在试运前期均
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出现大轴自转约10 rpm，甩开盘车的现象。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连接很好，大轴各联轴器左、右外圆找中误差≤0.01mm，低压缸抽真空后，#3～#6轴承洼窝下沉，使联轴器的上、下高低方向形成圆滑轴系线，在此情况下，若顶轴油系统的各椭圆轴承轴颈顶起过高(0.08mm以上)时，#3～#8轴颈受外力旋转趋势偏心，被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。出现盘车装置投不上而甩开现象。若要投上盘车可将顶轴油压调低一些，确保#3～#8轴承的轴颈顶起高度不要过高(建议顶起高度0.02～0.05mm范围为宜)。增大各轴颈与轴承的摩擦力矩，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，就能够顺利投上盘车了。
2.2.3.3当汽轮机发生水冲击、停机时高中压缸进入冷源所造成大轴弯曲严重、断油烧瓦和碾瓦、抽真空时轴封进入冷源汽封抱轴情况下，盘动大轴的旋转力矩超过盘车装置的最大力矩时，盘车装置也会出现无法投入而被甩开的现象，此时盘车电流过载跳闸。建议此情况下，排除进入汽轮机的冷源进行闷缸处理，大轴能盘动后，采取间歇或对称180°盘动大轴，使大轴弯曲恢复正常值或更换轴承后，再投入盘车装置。 3、盘车装置安装及运转注意事项
3.1盘车装置现场安装前，可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0.44～1.04范围之内，齿顶间隙为3.38～3.58mm，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）
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，使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。 3.3润滑油系统的油质必须合格才能进行盘车装置油冲洗，润滑油压应达到：0.176±0.01
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Mpa，盘车状态下的润滑油温应控制在27～40℃。建议在进入盘车装置前的润滑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。也可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7～8小时。冲洗完毕后恢复。
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17～17.5Mpa，再将泵壳上的恒压变量阀将顶轴油系统油压调到16～16.5Mpa，再通过调整各支管上的流量控制阀，调试（＃3～＃8）轴承进油压力达到8.5-10Mpa以上，将轴颈顶起（顶起高度0.02～0.05mm最适宜），然后挂上盘车，先以手动投盘车试其负荷轻重，再确定是否启动自动投盘车。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。
3.5初次投入盘车前，必须启动盘车电机进行空负荷运转8～12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7-15A）。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并稳定。
3.6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。
3.7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，注意顶轴装置的变量柱塞泵进口前的反冲洗装置和双联滤油器的压差不能大于0.04Mpa，若发现应及时切换双联滤油器和滤芯清洗或更换处理，以免造成顶轴油泵损坏，而影响盘车投入。 3.8机组首次冲转、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,以避免因转速信号误送入控制柜而出现自动投入损坏齿轮。盘车装置用电磁阀（TGS）
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AC220V（D600A.231.37Z）接口通径φ10管螺纹NPT3/8。应认真核对电磁阀电压和气管连接口方能通电使用。
3.9 为了防止停机过程中，盘车装置突然被意外甩开空转，未带动大轴转动时，能及时发现处理，建议将盘车装置的甩开位置行程开关信号接入光字版报警。 4、常见故障检修方法列表
故障现象 1．电机过载、发热 检修方法 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。 1．检查机组高压主汽阀调节阀和再热联合汽阀的严密性，是否属漏汽冲转了大轴。 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（件25）的长度。 4．检查大轴弯曲情况、断油烧瓦或碾瓦盘动大轴力矩增大情况。 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2P轴 件4/件17 0.10～0.176 0.26 第3P轴 件5/件18 0.10～0.176 0.26 第4P轴 件6/件19 0.12～0.209 0.31 第5P轴 件7/件20 0.145～0.248 0.37 惰轮与轴 件8/件21 0.12～0.185 0.28 挂齿轮与轴 件9/件22 0.12～0.18 0.27 2．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） 2P/3P轴 件4和件10 0.18～0.43 0.65 3P/4P轴 件5和件11 0.21～0.48 0.72 4P/5P轴 件6和件12 0.27～0. 0.96 5P/惰轮轴 件13和件14 0.41～0.97 1.46 惰轮与挂齿轮 件14和件15 0.41～0.97 1.46 挂齿轮与大轴齿轮 件15和件16 0.44～1.04 1.56 3． 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（件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。 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（件41）的水平面上漏油，弄清板密封（件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（件27）、（件28）和（件 9
2．挂齿齿轮与大轴齿轮啮合失败 3．减速齿轮的噪声和振动异常 4．润滑与漏油故障 2007年东汽600MW机组技术经验交流会 （资料五）
29）是否磨损或损坏。必要时更换。
5、结束语
在盘车装置安装后试运转前，应重点检查盘车装置自身清洁度和油系统的清洁度，以防止异物进入而磨损轴套。另一方面，制造厂已将装置的2P、3P、4P、5P轴套和惰轮、挂齿齿轮的轴套改用新材料铝青铜，并进行了结构优化，避免了盘车装置轴套因自身材料问题出现异常磨损。装置试运转出现故障可参照上述检修方法列表，进行逐一排出，确保盘车装置安全可靠的运行。
附注：
文中“件号”系指装置总图D600A.231Z示零件编号。
传动轴编号按电机马达轴为1P轴，依次至5P轴、惰轮轴和挂齿轮轴。
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