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摘要：针对某核电厂1号机组汽轮发电机组盘车骤停故障，根据盘车装置和轴系设备的结构和特性对可能的故障原因进行了分析和逐一排查，最终确定故障的根本原因是6号轴承顶轴油口异物堵塞，随后制定了相应的解决方案。此分析过程可为同类机组类似故障的诊断提供参考。
关键词：汽轮机；液压盘车；非预期；骤停；带载试验
汽轮机转子在冲转前或停机后，汽轮机上、下缸存在温差，会导致转子上、下部分受热或冷却不均匀，易产生热弯曲变形，而过度弯曲则会导致动静碰摩，严重时转子无法盘动。所以，汽轮机转子在冲转前或停机后需通过盘车装置使转子以一定的速度连续转动，以保证其均匀受热或冷却，消除或防止转子的暂态热弯曲。
1 问题描述
某核电厂1号机组某次临时停机时，汽轮机转子在连续盘车约22 h后盘车转速突然由2 r/min降为0 r/min，发生骤停，期间汽轮机设备参数和相关系统未出现异常报警。经检查，顶轴油泵运行正常，此时高压转子温度为113.5℃（程序要求低于100℃才能停运盘车），超过了程序要求的盘车停运值，遂立即执行手动盘车应急预案，但汽轮机转子盘动约10°后再也无法盘动。
2 理论分析
汽轮发电机组轴系摩擦力、转动力矩大或盘车装置输出力矩不足，都可能导致转子无法正常盘动。转子未被顶起与轴承发生干摩擦、汽轮机高、低压缸和轴承箱等部件发生动静碰摩等，都可能造成摩擦力增大；而盘车装置自身故障、供油压力或供油量不足则会造成盘车输出动力不足，从而导致盘车停运。下文将从顶起高度、动静碰摩、盘车供油压力和盘车部件故障等方面进行分析。
2.1 轴系各轴承处转子的顶起高度
在汽轮发电机组启停机过程中，通过顶轴油系统将转子顶起合适的高度，有利于在转子轴颈和轴承油囊之间形成静压润滑油膜，而一定厚度的油膜可使轴颈与轴承乌金脱离，避免转子与乌金直接接触，从而减小盘车启动及正常运转时的转矩；一定厚度的油膜建立起来后，还可使润滑油中尺寸小于油膜厚度的杂质顺利通过，减轻细小颗粒对轴承和轴颈的磨损。
转子顶起高度不足的影响因素主要有顶轴油囊损伤、顶轴油管泄漏、顶轴油管异物堵塞等。顶起高度不足会导致油膜无法形成或厚度较薄，在转子转速较低时轴颈和轴承之间处于干摩擦状态或边界润滑状态[1]，二者易发生直接金属接触，使盘车启动转矩增加或正常运行时转速降低。
2.2 动静部件碰摩
机组停运过程中高低压缸进汽温度异常变化、汽缸中分面张口、上下缸温差大等因素造成的汽缸变形，低压缸真空度对动静间隙的影响，及基础下沉造成的动静间隙变化等，都易引起动静碰摩，导致轴系摩擦力增大。
2.3 盘车供油压力
液压盘车由顶轴油系统驱动。盘车子系统的工作流程如图1所示：液压盘车位于汽轮机1号轴承箱处，依靠转速切换电磁阀来进行盘车2 r/min与20 r/min油路的切换，转速通过汽轮机润滑、顶轴和盘车系统（GGR）液压盘车供油调节阀GGR5151/5152VH进行调节控制，动力油的通断由盘车隔离电磁阀来完成[2]；在液压盘车装置的顶轴油管路（动力油路）与润滑油管路之间安装有逆止阀，防止盘车正常运行期间顶轴油漏到润滑油系统导致顶轴油压力大幅下降，影响盘车液压马达动力油的供应。
如果逆止阀关闭不严，在盘车动力油控制电磁阀开启后，部分盘车动力油会直接通过逆止阀进入润滑油系统，导致盘车供油量不足无法正常启动，使盘车工作状态恶化，并促使盘车小轴瓦的顶轴油量增大将轴承顶高，使盘车小轴与盘车轴承产生摩擦。
b）离合器脱开状态 c）离合器啮合状态
图2 液压盘车结构示意图
根据液压盘车装置的工作原理，易造成液压盘车无动力输出或失效的故障点可归纳为离心非接触式超速离合器组件损坏、液压马达故障和盘车轴承损坏。
2.6 故障原因汇总
根据上述分析，可能导致盘车骤停的因素很多，且部分因素交叉，为简化分析，需对所有可能的故障原因进行分类。参考故障树分析（FTA）方法，建立故障原因逻辑关系图（图3），自上而下逐层寻找故障的直接原因和间接原因，直到找出根本原因为止。
图4 调端和电端轴封间隙示意图
综上所述，通过高压缸轴向与径向位置的监测，可判断高压缸是否存在动静部件的碰摩现象。现场测量了高压缸的轴向和径向间隙，结果见表1、表2。通过对数据的分析可知，高压缸的轴向位置相对安装时向前偏移了约0.17 mm，处于横销间隙范围（0.30～0.40 mm）内，因此，缸体轴向位置的变化不会导致高压缸轴向发生碰摩；高压缸的径向位置偏移与安装时相比无明显变化，说明高压缸内部通流间隙与安装值无明显变化，可排除高压缸动静部件碰摩导致转子抱死的可能。
分析认为，转子顶起高度不够可能是因为顶轴油系统中存在泄漏。首先，对系统外围管线及设备部件进行了全面检查，未发现泄漏及渗油现象；其次，进行内部漏点查找，查找范围主要集中在轴承箱内顶轴油管、顶轴管与轴承的连接接头、轴承体上顶轴油油路工艺堵头等部位。打开轴承箱手孔盖板，检查轴承箱顶轴油集管块接头部位、各轴承顶轴管及其与轴承的连接接头、轴承体上顶轴油油路工艺堵头，均未见渗油现象。
在顶轴系统无外部和内部泄漏及母管压力正常的情况下，分别切换顶轴油泵进行顶起高度的测量，测量结果与故障发生时的顶起高度几乎无差别。重新对各轴承的顶起高度进行调整（见表4中第1次调整数据），调整后各轴承的顶起高度均在标准范围（0.07～0.10 mm）之内，且同一轴承前、后侧的顶轴油压力整定均衡，但进行手动盘车时仍无法盘动（此时液压盘车装置已从轴系上拆除），因此怀疑轴系上还存在阻力。
通过查看轴位移曲线发现，盘车骤停后轴位移从-0.16 mm增大至0.42 mm，期间顶轴油泵投运，母管油压正常，说明轴系在冷却收缩的过程中一直在向发电机侧收缩，通过故障发生时各轴承的顶起高度来看，造成该现象的原因锁定在6号轴承无顶起高度，使此处成为了轴系的收缩死点，在收缩过程中2号径向推力联合轴承前侧的推力瓦块与推力盘贴合产生摩擦力，使各轴承在顶起高度满足要求的情况下转子仍无法盘动。结合2号推力联合轴承的结构（图5）可知，若6号轴承处的阻力已释放，即顶起高度满足标准要求，那么推力瓦块背部垫块的弹力足可使推力瓦块与推力盘分开，无法分开则说明6号轴承处的阻力依然存在。
图6 6号轴承内的异物
3.3 盘车供油回路
对盘车供油回路集管块的外部设备状态进行了检查，未见泄漏现象。由于集管块内部设备状态无法直观进行检查，所以依据流程图制定了内部部件的检查方案：盘车隔离电磁阀处于通电状态，切断盘车动力油进入液压马达，失电接通盘车动力油路，通过对电磁阀进行通、断电操作进行信号回路验证，同时对内部逆止阀状态进行检查。电磁阀通电后，手摸能感觉到电磁阀体发烫，失电后检查无发烫，且电磁阀阀芯动作明显，确认电磁阀信号回路正常。在通电过程中，顶轴油系统压力稳定，无大幅下降现象，说明集管块内逆止阀功能正常。
此外，若因供油回路压力偏低或油量不足导致盘车输出力矩减小，转子会在惯性力的作用下惰走，转速不会立即降为0 r/min，由此可排除盘车供油回路异常使盘车动力供油不足导致盘车停运的情况。
3.4 液压盘车自身故障
盘车异常停运后，对整个轴系各轴承重新进行了顶轴油分配，将转子顶起高度均调整至0.07～0.10 mm，但液压盘车仍无法盘动转子。随即拆除液压盘车，用人力转动盘车小轴，未发现明显卡涩现象，初步可判断离心非接触式超速离合器组件无卡涩，盘车小轴轴承状态正常。
对于液压马达的动力输出和离合器的啮合分离功能，无法通过离线盘动进行检查，同时液压盘车部件检查受限于现场实施的技术条件，无法进行设备的拆检。通过对液压盘车启停逻辑的分析并依据液压盘车的工作原理，制定了液压盘车的在线带载试验方案，通过试验对液压盘车自身部件的状态和盘车的控制回路及设备情况进行验证。
在验证试验中调整盘车的转速，在转速由2 r/min升至20 r/min的过程中，液压盘车的动力输出随着盘车供油进油量的增加而呈线性增加，并能在这2个转速平台稳定运行，如图7所示，说明液压马达的动力输出、离合器的啮合功能正常，在转速的切换过程中控制回路信号正常，设备状态良好，故液压盘车自身失效的因素可以排除。
①—5151VH调整性能验证；②—2 r/min稳定性能验证；
③—转速控制电磁阀切换功能验证；④—5152VH调整性能验证。
图7 液压盘车带载试验曲线图
综上所述，该核电厂汽轮发电机组盘车骤停问题的根本原因是6号轴承顶轴油管口存在橡胶异物，堵塞了油路，导致该处转子的顶起高度为0，造成轴系转动阻力突然增加，且超过了液压盘车的输出力矩。
4 问题处理
轴承解体后对异物进行收集并化验，确认为硫化天然橡胶。查阅汽轮机润滑油系统上游设计文件和安装记录发现，润滑油和顶轴油系统均使用丁晴橡胶及氟橡胶作为密封件，因此可排除硫化橡胶异物来自系统设备上的密封件，应属于外来异物。通过分析异物在轴颈和轴承内的分布状态，确认异物来源于顶轴油管路内。随后，对6号轴承顶轴油口进行了清理，更换了顶轴分配器集管块，采用清洁压缩空气吹扫和润滑油冲洗相结合的方法对轴承的顶轴油系统进行了彻底清理，并且在轴承回装过程中严格执行防异物管理。经过这样处理后，盘车顺利投运且运行状态正常，表明盘车骤停的问题已得到解决。
5 结束语
导致汽轮发电机组盘车骤停的因素很多且机理复杂。通过参考FTA方法对此次盘车骤停故障的原因进行逻辑分类，再结合实际情况制定有针对性的故障排除方案，最终找出了造成此次盘车骤停故障的主要原因——6号轴承顶轴油口异物堵塞。本文所介绍的故障分析方法和排查方案对其他机组同类问题的处理具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 伍宙敏．滑动轴承顶轴油设计[J]．热力透平，2013，42（2）：100-103．
[2] CPR1000机组系统与设备：下册[Z]. 防城港：防城港核电厂，2016：262-267.
论文作者:周党锋,周功林
论文发表刊物:《河南电力》2019年3期
论文发表时间:2019/10/11
标签：盘车论文; 轴承论文; 顶起论文; 转子论文; 液压论文; 故障论文; 异物论文; 《河南电力》2019年3期论文;