汽轮机驱动组合装置故障分析及解决方案

包万明，王继武

（鸡西热电公司，黑龙江鸡西158100）

公司2号汽轮机是由杭汽生产的NG50/40/25型背压汽轮机，于1997年安装后投入使用，运行至1999年，开始发生汽轮机转子与齿轮箱连接弹性片组件断裂和齿轮箱内部齿轮打齿、轴瓦和轴颈磨损、泵轮损坏等事故。本研究针对该机组共性问题，重点讨论：齿轮箱安装和机组动态对轮中心良好问题及解决方法。

1 故障现象及特征

1.1 机组发生故障前后的状态分析

通过多次对机组启动过程和正常运行状态振动值检测结果显示，汽轮机各轴瓦振动数值合格。噪声较小，当发现油压波动和噪声加剧时，突然发生叠片组件和连接螺栓断裂性损坏、箱内齿轮打齿，齿面磨损点蚀严重，轴颈磨损，每次事故箱体内部所有部件均有不同程度损坏，其中存在的一个重要特征是每次回装时复查对轮中心，发现与安装时的中心数据变化较大。

以上现象有四个特征，即：磨损损伤、润滑不良、应力损伤、中心变化。

2 故障原因分析

从设计结构和事故现象分析，叠片挠性联轴器损坏一般来自两端连接体中心变化超标产生的交变应力超过叠片疲劳极限而损伤破坏。齿轮箱内部损坏主要原因是自身存在各种损坏因素，同时齿轮箱各种破坏因素又会直接或间接破坏联轴器对轮中心状态。具体原因有以下几方面：

2.1 齿轮箱内部部件损坏的原因

2.1.1 箱体部件检测装配质量的影响

每个部件的加工质量及装配精度，如齿轮和轴加工工艺标准、齿轮表面热处理及硬度匹配、齿轮啮合面积和尺侧间隙测量检测、轴瓦径向和推力间隙及紧力、三只齿轮转动轴中心距和平行度、叶轮密封环间隙和定位紧力、转体动平衡、轴孔和箱体结合面光洁度及平面度等。都会影响齿轮箱使用寿命。

2.1.2 润滑油油质及润滑方式影响

其一，在频繁的机械事故和检修中产生和带入大量机械杂质、灰尘杂质进入油系统。

其二，油循环倍率偏高，油得不到良好沉淀、散热和气泡分离，油箱缺少排烟装置。

其三，齿轮组润滑油供油方式不合理。

2.2 箱体固定方式及管道应力的影响

箱体采用弹性垫圈支撑存在设计缺陷。从整机结构看，主机前后轴承箱及滑销系统全部采用弹性垫圈支撑方式来保证随机组热膨胀滑动后轴系中心和动静间隙良好。但此支撑方式用于齿轮箱存在诸多问题，一是齿轮箱箱体不受机组热膨胀变化的影响，安装时需固定销定位后紧固不动，而机组每次检修后转子中心发生变化，销钉失去作用，箱体只能靠螺栓固定、稳定性降低。二是箱体自身刚度低，紧固定螺栓时垫圈相当于支点，特别容易使箱体变形，同时主油泵连接管道应力和运行冲击力产生变形。由此导致箱体内部部件装备间隙变化，破坏了齿轮箱的装配精度。齿轮副因承受附加的交变应力载荷，齿面产生塑性变形，当强度超过材料疲劳极限时会产生断裂。

2.3 导致弹性组件损坏的原因

从叠片组件结构中可以看出，叠压在一起的不锈钢弹性片能够很好地起到传递扭矩和缓冲一定的偏心力矩的作用。但如果受到较大中心变化及多种不平衡力等因素的迭加作用下，很容易在较短时间内产生严重变形而破坏。

3 解决方案

要想解决这些问题，需要全面分析，综合考虑，从改进原始设计、提高各个安装环节的工艺标准、严格管理控制润滑油质量及厂家装配工艺要求等几方面着手。

3.1 提高检验装配质量

用高精度机床、设备对箱体各结合面的平面度、粗糙度，轴孔同心度，轴瓦间隙，齿轮啮合接触面和间隙，油泵叶轮密封环间隙，转体动平衡，两侧对轮跳动度和瓢偏度检验并调整修复合格，调整和增加齿轮润滑油供油方向和油量，改善齿轮润滑性能，对轮同步找中，保证齿轮箱良好的机械运转精度。

3.2 改善润滑油质量

3.2.1 油系统改造

因润滑油全部更换费用高，改造油箱，增大容积，将润滑油循环倍率从12降到8，油箱增设Y6312型排烟机，出口安装再循环，加强油过滤等措施，使润滑油工作中得到较充分的沉淀、冷却、空气分离和杂质排除，油质得到明显改善。

3.2.2 汽封漏气修复

在大修中更换了汽封体，但转子上镶嵌的汽封齿损坏较多，需要返厂更换，因条件限制未能彻底解决，但油中进水现象减轻。

3.3 改造箱体固定方式

在主油泵出入口管道上分别加装DN108/PN10和DN89/PN16膨胀节装置和管道支座架，减轻油管道重力、应力和流体冲击力对箱体的影响。

用精磨的平垫板替换原球面垫圈支撑箱体方式，起到增加箱体与支座接触面积、消除了对轮找中心紧固螺栓造成的箱体变形作用，同时在垫圈下的调整元件位置增加固定螺栓，使箱体固定强度明显增加而且不变形，减振性能和稳定性能明显提高，消除了箱体变形对找中心精度的影响。

3.4 保证弹性环安装紧力

弹性环安装时预加0.03～0.1mm紧力，减轻机组轴向窜动对弹性片的周期疲劳损伤，延长弹性片使用寿命。

3.5 调整油系统载荷分配

将各轴瓦润滑油量和压力调整到平衡合理范围，降低了主油泵工作载荷。检验射油器，调整出口，调节阀开度，使主油泵入口微正压，减少汽蚀，降低油泵载荷，提高运转稳定性。

4 结论

小型机组应改变润滑油系统的管理观念，采取有效措施，严格遵循油质清洁度的标准，保证油质，避免机组轴磨损事故发生。

从2008年大修改造实施上述措施以来，至今未发生一次停机事故，计划停机检查发现，各部件均保持良好，充分证明了改造方案是合理正确的。

［1］曾春华.奇妙的疲劳现象［M］.北京：科学出版社，1986.