9E汽輪機(jī)盤車裝置變頻改造

李嶸峰，黃 慶

(珠海深能洪灣電力有限公司，廣東 珠海 519060)

1 盤車系統(tǒng)簡介

盤車系統(tǒng)主要用于在機(jī)組停運及啟動初期對大軸的盤轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子均勻受熱，防止大軸彎曲。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停頻繁，盤車系統(tǒng)作用尤為重要。我司兩套9E聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N60-/5.6/0.56/527/255 型雙壓凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)盤車采用連云港透平能源設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DDZP7.5-Ⅰ型低速盤車裝置。盤車電機(jī)額定功率7.5 kW，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1 450 r/min，汽輪機(jī)大軸盤車轉(zhuǎn)速約4.3 r/min。盤車齒輪傳動結(jié)構(gòu)見圖1[1]。從盤車電機(jī)尾部逆氣流方向看，盤車電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動，盤車減速箱輸出齒輪順時針轉(zhuǎn)動，通過大齒輪及齒輪軸帶動擺動齒輪順時針轉(zhuǎn)動，擺動齒輪將動力傳遞到大軸盤車齒輪，帶動大軸逆時針轉(zhuǎn)動。

1—軸端；2—電機(jī)；3—減速機(jī)；4—小齒輪；5—大齒輪；6—齒輪軸；7—擺動齒輪。圖1 盤車齒輪傳動圖

2 盤車投入方式

通常，盤車投入有自動及手動兩種方式。自動狀態(tài)下，先確認(rèn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為0 r/min，潤滑油及頂軸油壓力正常。然后在DCS盤車畫面上點擊投入按鈕，盤車裝置就會執(zhí)行預(yù)置的PLC控制程序：打開壓力油控制電磁閥，油壓推動旋轉(zhuǎn)活塞帶動擺動齒輪及手柄轉(zhuǎn)動，同時盤車電機(jī)執(zhí)行點動程序，帶動齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到擺動齒輪與大軸齒輪完全嚙合，手柄壓住行程開關(guān)發(fā)出到位信號后，電機(jī)由點動變換為連續(xù)運轉(zhuǎn)，進(jìn)入正常盤車。

如果盤車無法自動投入，則將盤車控制柜轉(zhuǎn)為手動狀態(tài)，通常需要兩人配合操作：就地壓住控制電磁閥開關(guān)，使壓力油進(jìn)入旋轉(zhuǎn)活塞，一人拉住操作手柄往下壓，另一人站在盤車電機(jī)尾部，用盤車手輪套在電機(jī)尾部的六方上，逆時針轉(zhuǎn)動手輪，直至擺動齒輪與大軸齒輪嚙合，再繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，帶動大軸轉(zhuǎn)過少許角度，以保證完全嚙合，最后卸下手輪，到控制柜按啟動按鈕，盤車電機(jī)啟動，進(jìn)入連續(xù)盤車。

3 盤車投入脫扣

在盤車投入過程中，擺動齒輪與大軸齒輪已經(jīng)嚙合到位，但在盤車電機(jī)啟動瞬間，擺動齒輪又被彈開，我們稱之為盤車投入脫扣。一般來說，盤車投入過程中，擺動齒輪偶然彈開脫扣屬于正?，F(xiàn)象，故設(shè)置了重投程序，在首次脫扣后，會再執(zhí)行兩次投入程序。但機(jī)組運行多年后，基本上沒法自動投入，必須人為干預(yù)：使勁拉住操作手柄，防止擺輪彈開。如果還是無法投入，就先手動盤轉(zhuǎn)使擺動齒輪嚙合，調(diào)低頂軸油壓力，再拉住操作手柄，最后開盤車電機(jī)，投入盤車后，還要將頂軸油壓力調(diào)回來?？梢姡度脒^程相當(dāng)繁瑣。初期，運行人員操作不熟練，用手輪盤車時忘記退電，曾出現(xiàn)過盤車電機(jī)突然轉(zhuǎn)動造成傷人事故。由于燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)峰啟停頻繁，基本上每天都要進(jìn)行盤車投入操作，運行人員迫切希望能解決盤車無法自動投入問題。

4 脫扣原因分析

盤車嚙合過程見圖2[1]。盤車退出狀態(tài)下，擺動齒輪處于圖中虛線位置。發(fā)出盤車指令后，電磁閥接通油路，壓力油進(jìn)入旋轉(zhuǎn)油缸，推動連桿機(jī)構(gòu)，使擺輪向下擺動至與汽輪機(jī)大齒輪嚙合，即圖2中實線位置。

1—擺動齒輪；2—連桿；3—推桿；4—壓縮彈簧；5—曲柄；6—旋轉(zhuǎn)活塞；7—壓力油；8—油缸；9—隔塊；10—操縱滑閥；11—電磁閥；12—防松螺母；13—止動墊圈；14—鎖緊螺母；15—頂桿；16—碟形彈簧；17—汽輪機(jī)大齒輪。圖2 盤車嚙合過程示意圖

脫扣過程：正常情況下，當(dāng)汽輪機(jī)大齒輪線速度高于擺動齒輪時，連桿受向上慣性力的作用克服彈簧阻力帶動擺動齒輪迅速通過自鎖點，彈簧力推動曲柄，同時帶動行程開關(guān)，使充油電磁閥斷電，壓力油卸油，油缸旋轉(zhuǎn)活塞迅速恢復(fù)到初始位置并鎖緊，擺動齒輪與大齒輪脫開。以上任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都有可能導(dǎo)致盤車裝置不能脫扣[2]。

為進(jìn)一步了解嚙合及脫扣過程，對擺輪進(jìn)行受力分析。圖3為正常嚙合盤車時擺輪的受力狀況。由前面?zhèn)鲃咏Y(jié)構(gòu)圖可知：擺輪順時針轉(zhuǎn)動，帶動大軸逆時針轉(zhuǎn)動。正常盤車時，擺輪為驅(qū)動輪，在嚙合面上產(chǎn)生一個向右的切向力F1，這個力將擺輪拉向右邊，同時擺輪支架壓住彈簧頂桿，頂桿對擺輪施加一個反作用力F2。F2的水平分力與F1平衡，盤車正常運轉(zhuǎn)。

圖3 正常盤車時擺輪受力圖

當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高于盤車轉(zhuǎn)速時，大軸齒輪變成驅(qū)動輪(見圖4)。大軸齒輪向擺輪施加一個向左的驅(qū)動力F，由于擺輪左邊并無阻擋，在F力作用下，擺輪將向左甩出。同時，帶動連桿往上克服彈簧阻力迅速通過自鎖點，彈簧力推動曲柄，使油缸旋轉(zhuǎn)活塞迅速恢復(fù)到初始位置并鎖緊，擺動齒輪與大軸齒輪脫開。

圖4 脫扣過程擺輪受力圖

由以上受力分析可知：F1是維持盤車齒輪嚙合的作用力，擺輪必須與大軸齒輪嚙合，且為驅(qū)動輪時，才能產(chǎn)生向右的拉力F1。因此，如果大軸齒輪線速度高于擺動齒輪，或者其他因素使擺動齒輪與大軸齒輪脫開，都會導(dǎo)致F1丟失，從而造成脫扣。在盤車投入電機(jī)啟動瞬間，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子沒有蒸汽驅(qū)動，大軸齒輪線速度不可能高于擺輪。此時產(chǎn)生脫扣的原因極有可能是電機(jī)啟動瞬間，由于大軸齒輪還處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時產(chǎn)生的F1作用力最大，導(dǎo)致擺輪向右沖擊彈簧頂桿，彈簧被壓縮，同時疊加反作用力F2也達(dá)最大。而此時，大軸齒輪已開始轉(zhuǎn)動，F(xiàn)1減少，造成F2的水平分力大于F1，從而推動擺輪向左甩出，造成脫扣。電機(jī)啟動瞬間，轉(zhuǎn)速越高，作用力F1就越大，反作用力也就越大，越容易引起脫扣。此外，擺輪向左甩出瞬間，必然會碰撞大軸齒輪，加速大軸轉(zhuǎn)動，頂軸油壓力越高，阻力越小，大軸越容易轉(zhuǎn)動，也就越容易脫扣。實驗采用手輪盤轉(zhuǎn)盤車電機(jī)，使電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動，可以觀察到擺輪帶動大軸齒輪正常盤轉(zhuǎn)，根本不會有反彈甩出。因此，盤車投入脫扣的主要原因是電機(jī)啟動轉(zhuǎn)速太高，在嚙合面之間產(chǎn)生的水平切向力太大導(dǎo)致。

5 變頻啟動方案

要徹底解決盤車投入脫扣問題，必須減少啟動瞬間嚙合面之間的水平切向力，歸根結(jié)底是要降低盤車電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)速，因此，采用變頻啟動方案。由于盤車電機(jī)是400 V、7.5 kW的小功率電機(jī)，所以可以匹配的變頻器很多，價錢也不貴。但要注意啟動轉(zhuǎn)矩不能小，否則可能帶動不起來汽輪機(jī)大軸。因此，變頻器必須具備恒轉(zhuǎn)矩啟動功能。

試驗采用閑置的一臺ABB產(chǎn)型號為ACS510-01-031A-4的變頻器。該系列變頻器適用于泵和風(fēng)機(jī)，通過改變設(shè)置參數(shù)，具備恒轉(zhuǎn)矩功能。與盤車電機(jī)連接，設(shè)置初始啟動頻率為1.5 Hz，檢測到盤車機(jī)構(gòu)正常嚙合后，由1.5 Hz加速到50 Hz時間為30 s。通過這種方式，使盤車電機(jī)實現(xiàn)軟啟動，降低了啟動沖擊力，解決了盤車投入脫扣問題。

6 結(jié)語

變頻啟動方案試驗成功后，將變頻控制柜并聯(lián)接入盤車系統(tǒng)，原控制柜作為備用。至此，盤車自動投入功能得以恢復(fù)，大大減輕運行人員操作負(fù)擔(dān)，有效保障了系統(tǒng)及人身安全。而本次改造的成本才幾千元，是行之有效的改造方案。