摘要：本文通过回顾配大型火电厂的汽动给水泵组在高速运行及低速盘车时存在的一系列矛盾，并综合各汽轮机厂商和给水泵厂商在以往配合中遇到的问题，经实践检验，不论前期的低速盘车，还是后期的高速盘车，都遭运行单位诟病，直至干脆弃用小汽轮机盘车。为此，本文提出在给水泵与汽轮机之间加装SSS离合器，彻底解决了泵与汽轮机之间的盘车矛盾，以合适的经济成本获得机组安全稳定，客户满意。
关键词：汽动给水泵；盘车；卡涩；机械密封；SSS离合器
0.概述
总所周知，火电厂300MW及以上的汽轮发电系统中普遍采用汽动给水泵作为主给水泵，电动给水泵作为启动和备用给水泵。汽动给水泵组及其驱动装置的可靠性，直接影响火力发电厂运行的安全性、可靠性与经济性。
笔者单位作为大型发电厂主设备成套设备供应商和工程承包商，不仅为国内客户供应设备和系统工程，同时也在走出去的十多年时间以来，对东南亚、南亚、中东等国家和地区，供应了大量的设备和工程，均装备了汽动给水泵组，然而驱动给水泵的汽轮机的盘车装置，却几乎都只在调试小汽机时用过，而后几乎遭到弃用。
1.汽动给水泵组盘车卡涩与运行
如前文所述，笔者单位所供/承包的项目中，有一些典型的盘车卡涩和运行问题的例子可以提出来作为本文阐述问题的基础，如：
1.1八十年代后期的山东邹县电厂等300MW火电机组首采用汽动给水泵组，给水泵为沈阳水泵厂供，驱动泵的汽轮机（以后本文均称小汽机）由上海汽轮机有限公司（以下简称上汽厂）供。该小汽轮机的盘车转速为6rpm，电动机的功率为2.2kW。然而，在1986年，邹县电厂的300MW机组投运初期，在汽动给水泵组低速盘车时发生了给水泵的卡涩事故。随后小汽机盘车装置遭弃用。在随后相继投产的其他类似电厂也因低速盘车造成水泵不同程度的卡涩事故。
1.2随后的2006年的重庆合川双槐电厂2*300MW工程，也出现了类似的给水泵盘车卡涩事故，随后调试单位和运行单位直接冲转才使机组正常投运。随后小汽机盘车装置遭弃用。
1.3出口至印度的某2*600MW亚临界机组，每台机组配供2台50%上海电力修造厂造FK4E39M型给水泵，小汽机为上汽厂供A258型单缸汽轮机，盘车转速为100rpm，电动机功率15KW，采用PLC控制，在2010年调试投运时，也出现了类似的给水泵的卡涩事故，随后调试单位和运行单位直接冲转才使机组正常投运。随后小汽机盘车装置遭弃用。但是外方业主并不太理解这种做法并且向承包商提出索赔。后文将介绍业主方为何不理解。
1.4出口至印尼的某3*350MW亚临界机组，小汽轮机盘车转速为100rpm，在2011年调试投运时，也出现了类似上述1.3的情况，同样，外方业主十分理解这种做法并且向承包商提出索赔。
2.小汽机与给水泵之间的矛盾
笔者以亲身工作总结，并综合一些设备厂、调试单位的意见，发现在盘车卡涩问题上，小汽机与给水泵在调试、运行和机组启停过程中，出现如下矛盾：
2.1小汽机设计制造商提出的一些意见与改进：
首先，小汽机设计制造商坚持认为：
小汽机的运行应严格遵守其运行说明书，即小汽机应尽量避免在启动、停机过程中或停机之后，其转子各部分因受热或冷却不均而产生的热弯曲变形，因为过大的热弯曲变形会阻碍和限制汽轮机的启动、停机，严重时还会使设备损坏，因此，汽轮机的转子启动前和停机后就有必要进行盘车，以加快汽缸内热交换速度，使小汽机转子均匀受热和冷却，减少转子的热弯曲变形量，减少上、下汽缸的温差.
然后，他们分析了各种原因并要求改进：
2.1.1给水系统介质脏尤其在电厂投运初期，管道杂质进入泵腔而导致卡涩。
2.1.2暖泵系统不合理：暖泵时，运行监督不到位，使泵的上、下壳体温差，泵壳与介质温差，超过规定值，使转子产生一定程度热弯曲，从而使水泵动、静部分间隙而卡涩。
2.1.3泵密封环、导叶衬套与叶轮等硬度组合不合理。
2.1.4驱动给水泵汽轮机的盘车转速低，盘车马达功率不够，随后加大，并改成高速盘车，如100rpm，并把机械减速更改为PLC控制。
2.2 给水泵设计制造商提出的意见：
给水泵设计和制造满足JB8095标准，可以满足高速盘车的（120rpm及以上），但给水泵两端采用的是自密封式机械密封。若是在安装或大修后首次启动，则应将给水泵与汽轮机处的联轴器断开，手动盘动这两个泵，确保能转动自如。
给水泵制造商强调，泵组必须在确保已注满水之后才能启动，且无水运转泵时，泵转子与定子平衡盘之间的水幕压力消失，会伤害转子及平衡盘，低速盘车（这里所谓低速盘车与小汽机定义的低速盘车不一样，对给水泵来说，非额定转速都是低速）又将损害泵的自密封式机械密封。
2.3 调试单位和运行单位提出的意见：
2.3.1小汽机改低速盘车为高速盘车，取代暖泵系统
2.3.2 采用300rpm暖小汽机25~35分钟，减少小机偏心，然后升速，投运
2.3.3 小机为单缸汽轮机，转子较粗较短，可以使用运行手段，消除小汽机厂商的担忧，盘车装置可以弃用。
综上，事实上，在上述矛盾无法完全解决前，业界采取的方式就是前文提到的，小汽机盘车遭弃用，尽量提高运行水平，降低小汽机转子弯曲、缸体变形风险。
但是，以下两个问题值得思考：
2.4.1是不是泵组卡涩问题和小汽机盘车这显而易见的矛盾就无法解决了？
2.4.2是不是小汽机盘车装置反正也用不上（除了检修之外），就可以取消了？
2.4.3 是不是小汽机制造商还要继续在提高盘车转速上下功夫？
3.在小汽机与给水泵之间加装SSS离合器的设想
笔者通过走访、调查相关制造厂、调试单位，发现目前正广泛被研究用于燃机发电轴系中的SSS离合器，有助于彻底、无任何后遗症地解决上述问题，更可以使得中企在走出去的过程中，与外方客户顺利地达成一致。
某德国公司开发了一种新型不占轴端盘车装置以及SSS 离合器，在改造汽动给水泵组，尤其是新建汽动给水泵组时，可设计成为，在小机和泵连接处增加SS离合器装置（含轴承箱\轴承\离合器，并要安装在基础上），在高速时进行啮合（如3000rpm），在低速时自动脱开（如100rmp），这样就可以在机组启停阶段、检修小汽机阶段，单独对小汽机进行盘车。
这样，原汽机制造商对小汽机的启停阶段安全运行担忧可以消除，原汽机制造商提供的盘车装置得以持续使用，给水泵制造商无须再担忧泵密封受损，客户再也无需担心泵组盘车卡涩，且检修时非常方便，无需再像之前那样费力地拆除泵与小汽机之间的硬性联轴器。
4.典型SSS离合器简介：
4.1 SSS离合器在燃机发电轴系中的应用：
如图1所示，SSS离合器安装在单轴共用发电机的电厂设备上，以联接或断开汽轮机与发电机，发电机的另一端与燃气轮机相联连。离合器的输出端 （发电机和燃气轮机）在全转速运行时，离合器的输入端（汽轮机）能启动并达到全速，离合器自动啮合与发电机相连。汽轮机也能独立于燃气轮机单独停机，停机时离合器自动脱开而与发电机断开
图1
4.2 SSS离合器原理简介：
SSS 指的是离合器的“Synchro-Self-Shifting”作用，当离合器的主动、从动齿轮转速完全相等时两者相位同步、自动轴向移动而啮合，而一旦输入转速低于输出转速时离合器脱开。
如图2所示的某典型的继动型SSS离合器，继动（离合）器用于预啮合主离合器，采用小棘爪来啮合较小的继动（离合）器。然后由（继动）器上较大的齿轮来啮合较大质量的主离合器。离合器的输出端高速运转而输入端静止时离合器脱开，如图示中上半部所示。此时卡爪是不起作用。离合器的输入端加速旋转，当输入端转速赶上输出端时继动器啮合，其棘爪动作与基本型SSS 离合器原理过程相同。当继动器啮合后主传动齿未啮合，但啮合齿作好了对准，为互相啮合做好准备。现在继动器的齿推动主滑动组件沿主螺旋齿移动，这样使主传动齿平稳地相互啮合。啮合期间继动器的齿在主传动齿部分啮合后便不再承受载荷。
SSS离合器一旦安装，除非发生机械外力破坏或油系统不工作，基本无需特别维护。
图3
5.设计与配合
上述SSS离合器应用于小汽机与给水泵之间，需要经过相关单位之间合理的设计配合：
5.1 小汽机制造厂提供啮合和脱开的转速数据
5.2 小汽机和给水泵制造厂商提供轴系尺寸、扭矩、强度等数据
5.3 离合器制造厂商进行离合器详细设计，并提供整个设备包的载荷、尺寸、油系统需求等数据
5.4 设计单位根据此进行基础设计，并进行油系统配套设计
6.结束语
在中国电力建设高速发展的过程中，汽动给水泵组盘车卡涩这样的细节问题一直困扰着相关单位，小汽机制造商、调试单位、电建单位和运行单位，都进行了相当的研究，也做了部分改进。笔者提出的在小汽机与给水泵之间，安装SSS离合器，以达到小汽机盘车时脱开，投用时啮合，既保障了小汽机和给水泵安全运行，又解决了厂商对各自技术要求的遵守，同时业主在检修时非常方便。
诚然，一套SSS离合器设备需要增加电厂建设成本，据笔者了解，欧洲产大约20~30万欧元/套，而国产则百万元人民币以下。相信业主单位会进行认真的测算，对增加的成本，和若还按照老思路安装的汽动给水泵组卡涩、盘车遭弃用、小汽机和给水泵带隐患运行、泵组不便检修等诸多问题，进行合理的对比，做出合适的选择。
参考文献：
[1]柳平，张岚，《300MW火电站用半容量锅炉给水泵汽轮机的优化》.[J]，发电设备，2006.20（2）.
[2]上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂，《A258型单缸汽轮机运行使用说明书》.
[3]上海电力修造厂有限公司，《FK4E39M给水泵运行维护说明书》.
[4]霍炎，田源，沙曾炘，《使用高速盘车取消汽动给水泵暖泵系统》，华东电力2004第9期.
[5]于伟民，沙曾炘.《汽动锅炉给水泵组盘车装置探讨》，工业汽轮机2002第2期.
[6]陈华桂，周钰，张海潮，《汽动给水泵转动部件卡涩原因分析及防范措施》，江苏电机工程，2007年第1期.
[7]张华，《汽动给水泵汽轮机启动方式浅谈》，西北电建，2007第2期.
[8]《火电工程调试技术手册汽轮机卷》，河南省电力公司编，中国电力出版社2003年4月.
论文作者:赖晖
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：汽机论文; 离合器论文; 汽轮机论文; 给水泵论文; 盘车论文; 单位论文; 转速论文; 《电力设备》2017年第16期论文;