汽轮机盘车装置的应用与分析

梁景昌

摘 要：汽轮机盘车装置是汽轮机的必要标配设备之一，在汽轮机冲转前及停机后投入运行，以保证汽轮机转子均匀受热及冷却，对汽轮机的安全可持续运作和停机后的下次开机起着举足轻重的作用。文章主要對盘车装置作简要阐述和分析，并对盘车装置的安装提出一种可行建议。

关键词：盘车装置；转子；啮合；汽轮机

汽轮机冲转前必须对汽缸进行暖机操作，高温蒸汽进入汽缸内，由于蒸汽向上运动的特性使得蒸汽在汽缸内分布不均；同样，汽轮机停机后，高温蒸汽在汽缸内不能立即排出。这两种情况都会使上缸的温度比下缸高得多，上下缸冷却速度存在较大差异。由于汽轮机转子是一长度较大的部件，受温度的影响强烈，在高温蒸汽作用下容易受热不均或冷却不均而产生热弯曲变形。因而在冲转前和停机后，都必须投入盘车装置，使转子以一定的速度连续转动。汽缸内高温蒸汽得到搅拌均匀后，汽缸及转子整体受热会相对趋于平均，因此就消除或减弱了汽缸上下温差，避免转子产生过大的热弯曲。

长时间的连续盘车，还起着以下作用：（1）减少启动时蒸汽对转子叶片的冲击；（2）通过对盘车是否产生异响的情况可判断并检查汽轮机动静部件间是否配合到位，安装是否合格；（3）由于盘车时一定要启动油泵，汽轮机停机盘车时还能通过润滑油对轴承冷却；所以说，盘车是汽轮机启动与停机必不可少的一个过程，盘车装置的可靠运行具有重大意义。

1 盘车装置的类型

根据盘车时的速度，盘车装置可分为低速盘车和高速盘车，一般低速盘车时的速度为3～5r/min，高速盘车速度为40～70r/min。高速盘车的转速高，是为了能使机组快速启动，因为盘车转速高可使冲动转子时的力矩减少，意味着通入的蒸汽量可以相对减少，但是如此高转速对轴承润滑也是一种挑战，此时要求的润滑油压也相应会提高，一般设计时都会带有顶轴油泵，在大机组上会使用得比较多；而由于低速盘车的速度低，对轴承润滑油压要求相对低，所以一般都不需要设计顶轴油泵，对于中小机组采用低速盘车比较适合。

根据盘车时的智能性又可分为人工盘车和自动盘车。人工盘车时需要操作人员在现场操纵盘车手柄以使盘车投入，相比在中控室远程控制使盘车自动投入运行的方式明显缺少方便性，但可以直观地检验和判断盘车的投入是否正常。因此现今的盘车装置大多都配备人工和远程自动控制两种方式。

盘车装置从盘车结构上分类比较复杂，从盘车啮合方式上还可分摆动齿轮切向啮入式和齿轮轴向切入式；从盘车啮合驱动方式上可分液压驱动啮合和气压驱动啮合等等。

2 盘车装置的组成

盘车装置主要由五大部分组成：壳体及支撑结构、动力传递机构、动力源、润滑系统及操纵机构。

（1）壳体及支撑结构可由各种铸锻件组成也可由焊接件焊接成型，主要起到支撑动力源及减少运行时震动的作用。

（2）动力传递机构一般包含传动比较大的蜗轮蜗杆机构、减速齿

轮、中间齿轮及啮合齿轮，齿轮的型式一般不作限制，只要达到预期的效果可任意组合。

（4）润滑系统包括支持各齿轮转动的轴承和为齿轮啮合提供润滑

的润滑油喷油装置。

（5）操纵机构除了为方便人工操作啮合盘车齿轮而设计的“操纵

杆-摆臂”机构外，还配备了液压或气动伺服机构，可以远程一键驱使盘车装置投入运行。

3 盘车装置的投入与脱开

通常的盘车驱动设计都是通过压缩空气气动或液压油油动驱使连杆，将摆臂上的啮合齿轮向啮合方向摆动，以达到将啮合小齿轮与盘车大齿轮啮合的最终效果，此过程也可通过人工按下与连杆相连的操纵杆实现。当啮合小齿轮和盘车大齿轮啮合后，操纵杆不再移动，如果此时啮合小齿轮没有和盘车大齿轮完全啮合，通过操作盘车电机连续点动可以实现完全啮合，汽轮发电机转子将在盘车转速下旋转。由于啮合小齿轮旋转的方向以及连杆-摆臂机构啮合方向的一致性，只要小齿轮在盘车大齿轮上施加一定的转动力矩（小齿轮为施力齿轮），其转矩总会使它保持啮合状态。

盘车装置自动脱开过程如下：当汽轮机逐渐加速并超过盘车转速，啮合小齿轮将由主动齿轮变为被动齿轮，这时啮合小齿轮会在大齿轮作用下被推向一侧并带动摆臂逆时针摆动，越过摆臂的平衡位置后整个机构会在拉伸弹簧的作用下恢复到原始位置，操纵杆恢复到起始位置。此时啮合信号关闭，电动机电源被切断，各齿轮均停止转动，盘车装置又恢复到投入前的脱开状态。另外，盘车上也设有开关油路或气路的电磁阀，通过电源回路，使电磁阀动作，关闭伺服机构和盘车电机，也可使盘车装置退出工作。总结以上，其原理是，汽轮机冲转后，盘车大齿轮圆周速度达到并超过盘车驱动设备时（此时盘车大齿轮为主动齿轮），大齿轮轮齿所施加的转矩大到足以使盘车机构脱开。

4 盘车装置的自动控制

为了实现盘车装置的自动控制，在设计逻辑控制时需要满足以下要求：（1）转子是在油膜上转动的，为了建立起这层油膜，就必须要有足够的油压，所以，盘车启动的前提是保证有最低润滑油压；（2）当转子停止转动时，必须有反馈信息；（3）盘车装置能够在盘车摆动机构啮合过程中发生点动，促使啮合小齿轮与盘车大齿轮逐渐啮合到位；（4）具有判断啮合成功与齿轮脱开的功能。

5 盘车过程中遇到的问题与解决办法

事实上，在整个盘车投入运行过程中仍然有不少的问题，主要表现在盘车投入-甩开机构无法自动实现；盘车结构供油压力不足；由于盘车机构整体重量比较轻，惯性很小，在啮合的一刹那，机组大轴转动经常甩开盘车啮合小齿轮，导致盘车不成功等等。

在实际工作中，必须依照下述步骤，依次处理盘车中出现的问题：（1）首先应满足盘车启动的所有前提条件（如油路是否正常，电源准备是否到位等），其次再判断是投入失效还是啮合失效；（2）投入失效。a.投入不成功，出现咬齿现象，投入过程中应点动电机，啮合后再启动盘车装置；b.不能自动投入时，应确保供油（供气）的正常；c.如果供油（供气）无异常，而手动投入能够完成，自动则不能，应立即检查盘车结构：电磁阀有无失效；有无油（气）泄漏；盘车控制逻辑是否正确。d.手动和自动投入都不成功，应立刻检修盘车。（3）脱开失效。理论上盘车装置在机组启动后，只有在转子速度大过盘车转速情况下，盘车啮合小齿轮才会受力脱开。在机组运行升速过程中，如果转子超过500r/min还不能脱开，则必须强制手动脱开并在停机后检修盘车。

6 结束语

总的来看，盘车装置必须具有以下基本特点：在机组启动时，盘车装置能够自动投入，并在转子速度达到一定时，盘车装置能够自动脱离；在机组停机后，当汽轮机转子停止转动时，盘车装置能迅速投入使用。盘车是机组启动的必经过程，是避免热应力对汽缸及转子造成伤害的必要手段，盘车装置的有效工作为汽轮机安全运行提供了必要保证。

参考文献

[1]李勇德，周丽.300MW汽轮机盘车装置出现的问题及处理[J].吉林电力，2015，6.

[2]廖位兵，陈霖，王亚伟.盘车装置的应用及改进[J].工业汽轮机，2015（2）.

[3]王春玲，宫相臣，常山，等.一种新型汽轮机盘车装置[J].热能动力工程，2010，25（s1）.