论文部分内容阅读
摘要：盘车装置在机组启动前及停机后带动轴系旋转，防止大轴及转动部件因受热不均产生弯曲变形。对于两班制运行的调峰机组，盘车装置的可靠性十分重要。本文简要介绍了西门子9F级燃气轮机盘车装置工作原理，针对该盘车装置自动投入过程中存在的问题分析原因，并提出了相关操作建议。
关键词：燃气轮机；盘车装置；异常分析
西门子9F级燃气-蒸汽单轴联合循环机组轴系配置形式为：燃气轮机～发电机～SSS离合器～蒸汽轮机，整个轴系长达52米。燃气轮机和汽轮机有各自的盘车装置，均由顶轴油液压驱动，燃气轮机盘车转速在2.0～2.4 Hz，汽轮机盘车转速在0.89 Hz左右。布置在发电机和汽轮机之间的SSS离合器使燃气轮机和汽轮机可以不同的转速下运行。
燃气轮机盘车装置的主要作用：（1）机组冷态启动前，拖动燃气轮机脱离静止状态，减轻设备的起动力矩，避免在静止状态下启动燃气轮机因摩擦力过大导致叶片及轴承的损伤；（2）在机组停机后，盘车系统使轴系保持低速转动，防止燃气轮机叶片、大轴及外壳因受热不均而发生弯曲变形；（3）在机组启动前通过盘车系统的工作情况可以检查机组是否具备正常的工作条件，如：动静部分是否有摩擦，主轴弯曲度是否过大，润滑油系统工作是否正常。因此，盘车装置的重要作用是不言而喻的。
二、盘车装置工作原理
燃气轮机盘车装置安装在压气机#2轴承箱内，其主要机构由液压盘车马达、主动小齿轮、从动小齿轮、液压油缸、旋臂、速度传感器等组成，见图1所示。液压盘车马达与主动小齿轮连接，主动小齿轮与安装在悬臂上的从动小齿轮永久啮合。当燃气轮机大轴转速与盘车马达转速差小于0.02Hz时，从动小齿轮向燃气轮机大轴上的齿圈逐渐靠近直至两者啮合，盘车装置带动燃气轮机轴系转动。燃气轮机盘车装置的动力是由顶轴油系统供给的，顶轴油通过切断电磁阀及流量调节阀供给液压马达。当啮合电磁阀动作时，顶轴油供给液压油缸，通过旋臂的作用使盘车装置啮合。通过调节流量调节阀的开度，可以在一定范围内实现对盘车马达转速的调节。在燃气轮机正常运行时，润滑油通过逆止阀供给液压盘车马达，液压马达转速约0.45Hz，以防止停运时的损坏。
燃气轮机盘车的投用情况主要包括两种：一是冷态开机前，一般提前一天投用盘车装置，此时整个轴系处于静止状态，需手动启用盘车程序；二是机组停机后，燃气轮机转速降至3Hz，燃气轮机盘车程序自动激活。燃气轮机盘车启动步程序STEP 2通过判别燃气轮机转速是否大于0.5Hz来区分上述两种情况。若燃气轮机转速大于0.5Hz，则依次开启进油电磁阀、开大流量调节阀，当主动小齿轮转速与燃气轮机转速匹配时，开启啮合电磁阀，实现盘车装置的啮合，然后微调流量调节阀使燃气轮机转速保持在2～2.4Hz运行，如图2所示；若燃气轮机转速小于0.5Hz，则必须等待燃气轮机转速小于0.01Hz达10min，先开启啮合电磁阀，盘车装置啮合后，开启进油电磁阀及流量调节阀，使盘车转速上升至2～2.4Hz运行，如图3所示。
燃气轮机盘车的停运情况主要有两种：一是燃气轮机启动步程序至STEP 2会自动激活燃气轮机盘车停运程序；二是燃气轮机盘车运行30小时后冷却盘车结束或间隔盘车结束。
三、故障现象
西门子燃气轮机盘车装置常见故障就是盘车装置不能自动投运，具体现象如下：在燃气轮机转速降至3Hz时，燃气轮机盘车程序激活，当步程序执行至STEP 3时，打开盘车马达进油电磁阀，调节盘车马达供油流量调节至较大值，而此时DCS画面监测盘车小齿轮转速太低，就地监测流量调节阀阀位显示较低。当步程序在STEP 3停留超过50s后，燃气轮机盘车程序走停运程序。报警画面相继出现：SGC BHS TRN SYSTEM Fault；BHS TRN SYSTEM Runtime step 3；PIN SPEED REL TO GT < 1.8。此时，操作员采取干预措施：撤出燃气轮机盘车程序，然后重新投入盘车程序后再次启动步程序，直至盘车投运成功。
当燃气轮机盘车装置故障，抢投后仍不成功，燃气轮机转速下降至汽轮机盘车转速， SSS离合器一般会啮合，从而汽轮机盘车装置带动整个轴系转动，盘车转速在0.75Hz左右。报警画面相继出现：SGC BHS TRN SYSTEM Fault；BHS TRN SYSTEM Runtime step 6；PIN SPEED REL TO GT < 1.8，该故障中盘车小齿轮转速可以升至2.5Hz，但啮合电磁阀开启后盘车小齿轮无法啮合。
四、故障原因分析
根据燃气轮机盘车装置的工作原理、工作流程及相关逻辑，结合燃气轮机盘车的故障现象，以下三个方面很可能造成盘车故障。
1、机组在停运过程中润滑油母管压力、顶轴油母管压力、主油箱排油烟风机负压、主油箱油位均正常，密封油系统也运行正常，燃气轮机速度检测信号及液压马达速度传感器均无故障，燃气轮机盘车控制回路反馈正常，SFC已停运，无火灾保护动作触发信号。因此，可以排除逻辑上导致燃气轮机盘车保护停的因素。
2、对盘车机构进行机械方面的检查，就地并未发现明显的齿轮撞击、转动部件卡涩、供油管路漏油等现象，确认各轴承润滑油压力、顶轴压力均正常。但仅这些依据并不能排除盘车装置无此类机械故障，还需检修人员在机组停运期间检查盘车装置内部结构。
3、通过分析报警内容以及燃气轮机盘车程序的运行情况，燃气轮机盘车小齿轮速度在规定时间内不能升至目标值是导致燃气轮机盘车启动步程序在STEP 3超时的直接原因。在燃气轮机盘车画面中，盘车马达进油电磁阀虽显示在开位，但很可能该阀实际开度不足，使实际供给液压马达的油量不足，盘车小齿轮速度上升太慢。进油电磁阀的故障很可能由电磁线圈吸力不够、阀体卡涩等因素引起。
针对盘車小齿轮速度上升慢的造成燃气轮机投用失败的故障，检修增大流量调节阀的开启加速度，使流量调节阀的开度能在较短的时间达到目标值（流量调节阀就地阀位显示一般大于9.0），从而使盘车小齿轮速度在规定时间内可以达到目标值。检修调整之后，因盘车小齿轮能更快的升至目标转速，盘车小齿轮与燃气轮机的转速匹配值相应增大一点，因此，燃气轮机盘车转速较以前会有所上升。
结束语：
燃气轮机盘车故障作为机组停运过程主要危险点之一，运行人员在燃气轮机停运过程中应严密监视顶轴油泵启动以及燃气轮机盘车的投运情况。当燃气轮机盘车出现故障时，应检查SSS离合器是否啮合。若SSS离合器啮合，则可在高于汽轮机盘车转速期间重投燃气轮机盘车操作。若SSS离合器未啮合，则在燃气轮机转速下降期间注意相关轴承温度；同时也需注意汽轮机盘车是否正常，燃气轮机转速到零后，应联系检修对燃气轮机进行手动盘车。若SSS离合器啮合，燃气轮机盘车未能正常投入，汽轮机盘车带动整个轴系转动，盘车转速约0.75Hz。此时燃气轮机转速低于2～2.4Hz的正常盘车转速，燃气轮机叶片所受离心力减小。燃气轮机透平叶片为保证膨胀需要，采用松装结构，其枞树型叶根在低转速下长期运行将会产生严重磨损，或者出现固定铆条松脱现象，不利于燃气轮机透平叶片的寿命，应尽量缩短低转速的燃气轮机盘车时间。
参考文献
[1]焦树建，《燃气-蒸汽联合循环》，北京：机械工业出版社，2006
[2]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司编，《燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置》（上、下册），北京：中国电力出版社，2007
[3]姚秀平，《燃气轮机与联合循环》，北京：中国电力出版社，2010
[4]萧山发电厂编，《SIEMENS-1S.V94.3A联合循环发电机组培训资料》（1～12册），2005
关键词：燃气轮机；盘车装置；异常分析
西门子9F级燃气-蒸汽单轴联合循环机组轴系配置形式为：燃气轮机～发电机～SSS离合器～蒸汽轮机，整个轴系长达52米。燃气轮机和汽轮机有各自的盘车装置，均由顶轴油液压驱动，燃气轮机盘车转速在2.0～2.4 Hz，汽轮机盘车转速在0.89 Hz左右。布置在发电机和汽轮机之间的SSS离合器使燃气轮机和汽轮机可以不同的转速下运行。
燃气轮机盘车装置的主要作用：（1）机组冷态启动前，拖动燃气轮机脱离静止状态，减轻设备的起动力矩，避免在静止状态下启动燃气轮机因摩擦力过大导致叶片及轴承的损伤；（2）在机组停机后，盘车系统使轴系保持低速转动，防止燃气轮机叶片、大轴及外壳因受热不均而发生弯曲变形；（3）在机组启动前通过盘车系统的工作情况可以检查机组是否具备正常的工作条件，如：动静部分是否有摩擦，主轴弯曲度是否过大，润滑油系统工作是否正常。因此，盘车装置的重要作用是不言而喻的。
二、盘车装置工作原理
燃气轮机盘车装置安装在压气机#2轴承箱内，其主要机构由液压盘车马达、主动小齿轮、从动小齿轮、液压油缸、旋臂、速度传感器等组成，见图1所示。液压盘车马达与主动小齿轮连接，主动小齿轮与安装在悬臂上的从动小齿轮永久啮合。当燃气轮机大轴转速与盘车马达转速差小于0.02Hz时，从动小齿轮向燃气轮机大轴上的齿圈逐渐靠近直至两者啮合，盘车装置带动燃气轮机轴系转动。燃气轮机盘车装置的动力是由顶轴油系统供给的，顶轴油通过切断电磁阀及流量调节阀供给液压马达。当啮合电磁阀动作时，顶轴油供给液压油缸，通过旋臂的作用使盘车装置啮合。通过调节流量调节阀的开度，可以在一定范围内实现对盘车马达转速的调节。在燃气轮机正常运行时，润滑油通过逆止阀供给液压盘车马达，液压马达转速约0.45Hz，以防止停运时的损坏。
燃气轮机盘车的投用情况主要包括两种：一是冷态开机前，一般提前一天投用盘车装置，此时整个轴系处于静止状态，需手动启用盘车程序；二是机组停机后，燃气轮机转速降至3Hz，燃气轮机盘车程序自动激活。燃气轮机盘车启动步程序STEP 2通过判别燃气轮机转速是否大于0.5Hz来区分上述两种情况。若燃气轮机转速大于0.5Hz，则依次开启进油电磁阀、开大流量调节阀，当主动小齿轮转速与燃气轮机转速匹配时，开启啮合电磁阀，实现盘车装置的啮合，然后微调流量调节阀使燃气轮机转速保持在2～2.4Hz运行，如图2所示；若燃气轮机转速小于0.5Hz，则必须等待燃气轮机转速小于0.01Hz达10min，先开启啮合电磁阀，盘车装置啮合后，开启进油电磁阀及流量调节阀，使盘车转速上升至2～2.4Hz运行，如图3所示。
燃气轮机盘车的停运情况主要有两种：一是燃气轮机启动步程序至STEP 2会自动激活燃气轮机盘车停运程序；二是燃气轮机盘车运行30小时后冷却盘车结束或间隔盘车结束。
三、故障现象
西门子燃气轮机盘车装置常见故障就是盘车装置不能自动投运，具体现象如下：在燃气轮机转速降至3Hz时，燃气轮机盘车程序激活，当步程序执行至STEP 3时，打开盘车马达进油电磁阀，调节盘车马达供油流量调节至较大值，而此时DCS画面监测盘车小齿轮转速太低，就地监测流量调节阀阀位显示较低。当步程序在STEP 3停留超过50s后，燃气轮机盘车程序走停运程序。报警画面相继出现：SGC BHS TRN SYSTEM Fault；BHS TRN SYSTEM Runtime step 3；PIN SPEED REL TO GT < 1.8。此时，操作员采取干预措施：撤出燃气轮机盘车程序，然后重新投入盘车程序后再次启动步程序，直至盘车投运成功。
当燃气轮机盘车装置故障，抢投后仍不成功，燃气轮机转速下降至汽轮机盘车转速， SSS离合器一般会啮合，从而汽轮机盘车装置带动整个轴系转动，盘车转速在0.75Hz左右。报警画面相继出现：SGC BHS TRN SYSTEM Fault；BHS TRN SYSTEM Runtime step 6；PIN SPEED REL TO GT < 1.8，该故障中盘车小齿轮转速可以升至2.5Hz，但啮合电磁阀开启后盘车小齿轮无法啮合。
四、故障原因分析
根据燃气轮机盘车装置的工作原理、工作流程及相关逻辑，结合燃气轮机盘车的故障现象，以下三个方面很可能造成盘车故障。
1、机组在停运过程中润滑油母管压力、顶轴油母管压力、主油箱排油烟风机负压、主油箱油位均正常，密封油系统也运行正常，燃气轮机速度检测信号及液压马达速度传感器均无故障，燃气轮机盘车控制回路反馈正常，SFC已停运，无火灾保护动作触发信号。因此，可以排除逻辑上导致燃气轮机盘车保护停的因素。
2、对盘车机构进行机械方面的检查，就地并未发现明显的齿轮撞击、转动部件卡涩、供油管路漏油等现象，确认各轴承润滑油压力、顶轴压力均正常。但仅这些依据并不能排除盘车装置无此类机械故障，还需检修人员在机组停运期间检查盘车装置内部结构。
3、通过分析报警内容以及燃气轮机盘车程序的运行情况，燃气轮机盘车小齿轮速度在规定时间内不能升至目标值是导致燃气轮机盘车启动步程序在STEP 3超时的直接原因。在燃气轮机盘车画面中，盘车马达进油电磁阀虽显示在开位，但很可能该阀实际开度不足，使实际供给液压马达的油量不足，盘车小齿轮速度上升太慢。进油电磁阀的故障很可能由电磁线圈吸力不够、阀体卡涩等因素引起。
针对盘車小齿轮速度上升慢的造成燃气轮机投用失败的故障，检修增大流量调节阀的开启加速度，使流量调节阀的开度能在较短的时间达到目标值（流量调节阀就地阀位显示一般大于9.0），从而使盘车小齿轮速度在规定时间内可以达到目标值。检修调整之后，因盘车小齿轮能更快的升至目标转速，盘车小齿轮与燃气轮机的转速匹配值相应增大一点，因此，燃气轮机盘车转速较以前会有所上升。
结束语：
燃气轮机盘车故障作为机组停运过程主要危险点之一，运行人员在燃气轮机停运过程中应严密监视顶轴油泵启动以及燃气轮机盘车的投运情况。当燃气轮机盘车出现故障时，应检查SSS离合器是否啮合。若SSS离合器啮合，则可在高于汽轮机盘车转速期间重投燃气轮机盘车操作。若SSS离合器未啮合，则在燃气轮机转速下降期间注意相关轴承温度；同时也需注意汽轮机盘车是否正常，燃气轮机转速到零后，应联系检修对燃气轮机进行手动盘车。若SSS离合器啮合，燃气轮机盘车未能正常投入，汽轮机盘车带动整个轴系转动，盘车转速约0.75Hz。此时燃气轮机转速低于2～2.4Hz的正常盘车转速，燃气轮机叶片所受离心力减小。燃气轮机透平叶片为保证膨胀需要，采用松装结构，其枞树型叶根在低转速下长期运行将会产生严重磨损，或者出现固定铆条松脱现象，不利于燃气轮机透平叶片的寿命，应尽量缩短低转速的燃气轮机盘车时间。
参考文献
[1]焦树建，《燃气-蒸汽联合循环》，北京：机械工业出版社，2006
[2]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司编，《燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置》（上、下册），北京：中国电力出版社，2007
[3]姚秀平，《燃气轮机与联合循环》，北京：中国电力出版社，2010
[4]萧山发电厂编，《SIEMENS-1S.V94.3A联合循环发电机组培训资料》（1～12册），2005