9E型燃气轮机辅助联轴器事故分析和日常维护探讨

9E型燃气轮机辅助联轴器事故分析和日常维护探讨

陈斌

深圳南天电力有限公司

摘要：联轴器的齿套、齿轮常发生磨损而导致安全事故。给企业正常运行带来影响，究其原因，主要由配件质量、润滑系统振动异常或摩擦。本文阐述了9E型燃气轮机的辅助联轴器基本结构,对其故障过程及其原因展开详细分析，并提出了辅助联轴器的检修、维护要点。

关键词：9E型燃气轮机；辅助联轴器；事故分析；日常维护；探讨

某燃机发电厂使用的蒸汽联合燃气轮机是从美国GE企业进口的PG9171E型机组,1999年正式投入使用。机组燃用的原油燃料,迄今运行近48000小时。燃气轮机在点火与升速,主要由启动、盘车电机经液力变矩器、辅助联轴器、辅助齿轮箱等盘动主轴来带动。机组运行期间,辅机依靠主轴借助辅助联轴器而带动。辅助联轴器处于燃气轮机的主轴与辅助齿轮箱中间,主要用于连接与传递扭矩。一旦产生故障,机组则停止运行,甚至产生燃气轮机的主轴热弯曲现象，以下对辅助联轴器展开详细分析。

一、9E燃气轮机的辅助联轴器结构分析

9E燃气轮机的辅助联轴器为充油式,由齿套、齿毂、浮动轴和附件组成,具体结构如图所示：

图1-辅助联轴器的组件构成图

在联轴器齿套内的内齿轮齿同齿毂的外凸齿啮合,齿毂用花键或双平键配合到浮动轴上,齿套同齿毂产生的枢轴作用补偿辅助齿轮箱同燃气轮机轴的微小不对中。在齿毂同齿套之间的相对轴向滑动允许燃气轮机相对于辅助齿轮箱的轴向移动。置于联轴器法兰凹槽里和位于齿套和齿毂之间的“O”型圈来密封联轴器的润滑油。

二、辅助联轴器的故障过程及其原因分析

（一）故障阐述

1998年下半年，本公司1号燃气机应用美国产9E型重型的燃气轮机，投入使用以来，次年十月十日晚八点零三分，此机组以联合循环的形式运行，负荷由50MW升到70MW，四分钟以后，1、2号轴承的振动从正常升到1.04cm/s，（1.27cm/s会发生自动报警；2.54cm/s时会发生跳机现象），经过相关工作人员的检查以后，发现燃机本体部分存在明显的震动感，其它部分没有异常情况，于是把负荷降到50MW，轴承的振动曾经有所回落，达到0.99cm/s,又过了几分钟，继续隆低负荷为30MW时，在此降负荷期间，最大的振动BB-MAX忽然升高，达到1.52cm/s，把机组即刻紧急停车。燃机惰走二十九分钟以后，运转速度归零后进行盘车运行，五秒钟后开始跳闸，且发出报警信号，工作人员则再次进行盘车处理，发现盘车电机运转没有异常。然而，大轴停止了转动。

图2-9E型燃气轮机辅助联轴器的磨损图

基于机组发生几次由于辅助联轴器发生磨损而引发的安全事故,从而影响了整个机组的正常运转,因此需要手动盘车处理,以免大轴发生热弯曲故障。故障主要表现分析：燃气轮机在正常运转期间,由于轴承的振动极速提升，进而产生被迫跳闸的现象；或者停机的时候，盘车马达运行中燃气轮机的主轴的转速为零。经过工作人员将辅助联轴器进行解体以后发现：齿套的内齿与齿毂的外齿发生了磨损,且两端的磨损不均衡,主要呈逆时针方向,和燃气轮机的主轴转动方向相同，油脂已经发干,齿套腔室里含有很多红色的粉末。参见下图所示：

检查齿套的注油孔其堵头处没有发现渗漏情况,而且密封圈也完好无损。在燃气轮机正常开启期间,一般辅助联轴器的套齿齿轮承受最大的压力,主要分为两种情况：其一，由零转速至盘车转速的时候,盘车的马达经过辅助联轴器进行扭矩的传输,克服了转子本身的重力以及摩擦力,将处于静止状态的主轴转子进行盘动,使得力矩皆由内、外套齿进行传输；其二，开启马达的时候，经辅助联轴器推动燃气轮机的转子持续提速过程中,齿的受力作用也是非常大的。

（二）齿轮磨损的主要原因

第一，齿套的材质质量较差,制造的工艺不够精良，或浮动轴发生了弯曲皆可以引发齿套材质的过度疲劳,进而导致材料的强度下降,耐温性不足。内齿一般比较敏感，只要发生一处磨损,则很快就会被磨光。通常进口配件的应用时间比较长,最低达三年之久,而国内生产的配件通常可使用两年。第二，GE企业的燃气轮机其主轴辅机侧对中的指标为：燃气轮机的主轴高于辅机轴中心1.168毫米,圆周的水平方向存在0.254毫米的偏差,上张口（即处于381毫米的圆中测量)一般低于0.14毫米。若经过检修以后，中心未找正,或者长时间运转以后发生中心跑偏的情况,皆会导致辅助联轴器的套齿承受过大的压力,进而使得齿套内的齿轮因摩擦而逐渐发热,润滑脂蒸发最终齿轮遭到坏损。第三，轴承的进油孔处存在堵塞现象,润滑油质量偏低以及密封的空气漏进轴承的油腔等，这些皆可能导致轴承的油膜发薄,增加了轴承的振动频率,从而使得辅助联轴器的套齿加速振动,齿的迅速摩擦加快了发热,油脂蒸发后,齿未得到应有的润滑,因此引发磨损。如05年1号燃气轮机经过中修以后，转子的第一临界振动曾经高于警界点,恢复正常以后,辅助联轴器运转不足两月，齿套齿已被磨损。第四，若装配的时候内、外套齿存在毛刺,或间隙未作出合理地调整,螺栓的紧力各异，或清理不够彻底,会导致齿套的内齿和齿毂的外齿因单边受力而磨损。第五，GE企业推荐的辅助联轴器各端需要添充335C、140级的润滑油,且充油型的联轴器三年需要进行一次检查与清洁。1号燃气轮机从98年六月试运行,到次年十月由于辅助联轴器的套齿发生磨损，振动过大而发生紧急跳闸的事故,整个过程不足两年,并未达到GE要求的三年。由于主机侧的套齿部位受力过大,温度极高,长时间运转油脂发生气化现象,润滑冷却的功能严重缺失。第六，很多的燃气轮机当作调峰机组应用,启、停机较为频繁,导致辅助联轴器的套齿常受较大的负荷,金属性能难免下降，并发生蠕变而磨损。

三、9E型燃气轮机联轴器的检修与日常维护

（一）重新调整维护周期

通常每个季度对主机端的套齿进行解体检查,半年检查一次两侧的套齿,看齿是否有过热、毛刺或划痕现象,且及时更新润滑脂。

（二）强化运行过程的检查

在机组开、停机时,借助听棒检测辅助联轴器是否有异响；机组正常运行期间,对1号轴承的振动节奏展开定期对比。尤其当振动值上升时,需要密切关注,并安排解体查修。

（三）强化检修工作

检修分为大、中、小修三种,无论哪种检修，皆需要将辅助联轴器的检修视作重点项目，严格按照企业规定的标准执行，其中大、中修的时候应当对找正辅机端的中心,如果偏差过大则及时调整。

（四）依据GE公司的工艺装配机组

装配之前，须由专业人员对辅助联轴器展开仔细检查,确认没有任何缺陷；再对其进行全面清洁；并依据配件的标记安装；检查齿毂的轴向移动情况,齿毂与齿套的径向间隙一定要符合标准；确认连接螺栓的型号是否正确；依据规范的扭矩值对螺栓进行紧固。

（五）依据标准为各端添充润滑油

GE公司规定各端充335C、140级的润滑油。当润滑脂稀少时,应当实时更换。本厂现应用MO-BILEP111的润滑脂,耐温性良好,且粘度偏低,可用半年。

结束语：

总之，燃气轮机的辅助联轴器在启动系统中发挥重要作用，直接影响燃气轮机的正常运转。因此，确保其完好无损尤为重要。近年来，我国很多燃气轮机厂出现因辅助联轴器磨损而停机的事故,必须强化对辅助联轴器配件质量的检查、运行期间的密切监视,并且强化维护与保养工作,以免事故再度发生。

参考文献：

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[3]叶仁杰.9E型燃气轮机燃烧事故分析及预防[J].浙江电力,2008(03):26-28.