針對動力二站1#汽輪機主油泵齒式聯(lián)軸器失效的原因進行了分析，得出齒式聯(lián)軸器齒輪之間潤滑不足而無法帶走磨合產(chǎn)生的油泥導(dǎo)致銹蝕失效的結(jié)論，提出了齒式聯(lián)軸器失效的解決辦法和安全運行的預(yù)防措施。
齒式聯(lián)軸器連接主油泵與汽輪機高壓轉(zhuǎn)子，主油泵通過齒式聯(lián)軸器連接由汽輪機轉(zhuǎn)子帶動而做功，提供潤滑油和保安油給汽輪機組運行。2011年10月29日凌晨，動力二站1#汽輪機故障停機，發(fā)電機解列，轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速為零，高壓油泵、交直流油泵全部聯(lián)鎖啟動。經(jīng)檢查是主油泵齒形聯(lián)軸器齒輪完全磨損導(dǎo)致無法帶動主油泵，使機組測速顯示為零和潤滑油失壓，機組在TSI保護作用下解列。
2 齒形聯(lián)軸器磨損失效原因分析
齒形聯(lián)軸器磨損失效原因通常有三個：安裝對中不良、制造工藝或材質(zhì)應(yīng)用不當(dāng)、潤滑效果差[1]。下面分別進行分析。
對中不良，會造成齒與齒之間磨損較大。廠家圖紙要求冷態(tài)時主油泵中心線比高壓轉(zhuǎn)子中心線高0.25-0.3mm，因運行中1#軸承座溫度(約80℃)比主油泵軸承座溫度(約55℃)高25℃，中心線高度1000mm，按照“1米的鋼溫度升高1℃放大0.01mm”的經(jīng)驗值，兩者線性熱膨脹高度差值約0.25mm。
11月11日復(fù)查對中數(shù)據(jù)，測得圓周偏差值0.005mm，端面向上偏差值0.06mm，測1#軸承座溫度(55℃)比主油泵軸承座溫度(31℃)高24℃，與運行狀態(tài)兩者溫差值相當(dāng)，數(shù)據(jù)滿足安裝要求，排除對中不良的可能。化學(xué)成份
制造工藝或材質(zhì)應(yīng)用不當(dāng)。查圖紙得到齒輪材質(zhì)為38CrMoAlA，表面滲氮處理。根據(jù)合金結(jié)構(gòu)鋼國標(biāo)GB/T3077-1999和對本次故障的齒形聯(lián)軸器的化學(xué)成分分析報告(表1)，其化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
材質(zhì)為38CrMoAlA的齒輪，根據(jù)JB/T 8854.2-2001，要求“齒式聯(lián)軸器齒面硬度(外齒軸套/內(nèi)齒圈)在淬火情況下應(yīng)達到45～50HRC/40～45HRC，氮化時應(yīng)>500HV，且層深不小于0.5mm[2]。”對照其硬度試驗報告(表2)，也符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
表1 齒形聯(lián)軸器化學(xué)分析結(jié)果
聯(lián)軸器故障失效部位位于主油泵端，外齒和內(nèi)齒皆磨損均勻，見圖1、圖2，可知制造工藝符合要求。
圖1 外齒套斷齒圖片圖 圖2 內(nèi)齒圈斷齒圖片
齒形聯(lián)軸器內(nèi)部潤滑不良，無法帶走磨合產(chǎn)生的熱量和油泥雜質(zhì)，長時間運行導(dǎo)致聯(lián)軸器的磨損。齒式聯(lián)軸器內(nèi)部必須要有良好的潤滑，潤滑油有潤滑、冷卻、沖洗的作用。由于齒式聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩個轉(zhuǎn)動部件在轉(zhuǎn)動時有軸向移動，必須保證聯(lián)軸器接觸齒面有良好的潤滑，當(dāng)接觸齒面有磨損，油泥雜質(zhì)的最大粒度大于25μm時，會失去潤滑作用，同時軸向移動磨合產(chǎn)生的熱量越多，接觸齒面溫度越高越容易磨損。聯(lián)軸器排油孔過小或堵塞，油泥雜質(zhì)就不能及時排走，在齒輪接觸面軸向移動過程中，加劇了齒輪磨損，導(dǎo)致聯(lián)軸器故障。
查聯(lián)軸器圖紙，要求主油泵端安裝一ф8左右噴油管(見圖3)對著聯(lián)軸器進油孔，潤滑油在離心力作用下順著傾斜的進油孔進入聯(lián)軸器內(nèi)潤滑，再由外齒軸套排油孔排出，對聯(lián)軸器內(nèi)部潤滑、沖洗和冷卻。
由于疏忽，機組安裝時實際沒有安裝噴油管，只有前軸承箱內(nèi)飛濺的少量潤滑油進入聯(lián)軸器內(nèi)，長時間運行導(dǎo)致聯(lián)軸器外齒軸套和內(nèi)齒圈潤滑不足而磨損。
當(dāng)汽輪機軸封運行調(diào)整不當(dāng)時會有蒸汽進入軸承箱內(nèi)，帶水的潤滑油潤滑效果大打折扣，還會加快鐵質(zhì)部件的銹蝕過程。水份加上磨損留下的雜質(zhì)長期殘留在聯(lián)軸器內(nèi)，將加快聯(lián)軸器的磨損，直至聯(lián)軸器失效。據(jù)了解，該汽輪機組的高壓缸軸封漏汽一直較大，運行期間班組每天都要油箱底部放水，說明潤滑油帶水。
1#汽輪機組在2011年4月初至10中旬之間停運作備用，停運期間只按規(guī)定開交流油泵、頂軸油泵盤車，沒有潤滑油進入聯(lián)軸器內(nèi)部沖洗，有磨損的外齒套和內(nèi)齒圈在帶水的油泥雜質(zhì)作用下發(fā)生銹蝕最終導(dǎo)致聯(lián)軸器失效，見圖4紅棕色物質(zhì)。
圖3 齒式聯(lián)軸器圖紙 圖4 外齒套表面紅棕色物質(zhì)
3 整改措施和建議
在本次聯(lián)軸器故障檢修中，更換了原廠生產(chǎn)且硬度檢測合格的聯(lián)軸器，并按照聯(lián)軸器圖紙所示，安裝了對聯(lián)軸器齒輪主動供油潤滑的噴油管，加大潤滑油量，極大改善了潤滑狀況，目前效果良好。小修期間拆檢該聯(lián)軸器，接觸齒面只有輕微磨損痕跡，完全可以繼續(xù)使用。
主油泵故障導(dǎo)致停機的情況在電力系統(tǒng)比較常見，特別是中、小型機組。為保證齒式聯(lián)軸器安全運行應(yīng)做好以下措施：
提高安裝精度。提高安裝精度可以減少因聯(lián)軸器兩端幾何位置的改變使齒式聯(lián)軸器出現(xiàn)卡澀或磨損的可能。主油泵找中心時，端面偏差應(yīng)≤0.03mm，圓周偏差應(yīng)≤0.03mm，高低數(shù)值要考慮預(yù)留高差,在冷態(tài)時找中心主油泵中心要高于汽輪機中心線0.20～0.25mm。
更換新聯(lián)軸器時也要對其進行硬度檢查。足夠的硬度是保證齒形聯(lián)軸器耐磨而長周期運行的必要條件。換新聯(lián)軸器時要對外齒軸套和內(nèi)齒圈進行硬度檢查，確保齒式聯(lián)軸器齒面硬度滿足使用要求。
確保齒式聯(lián)軸器內(nèi)部有足夠的透平油流動，潤滑油有潤滑、冷卻、沖洗的作用。
調(diào)整汽封供汽壓力，減少漏汽進入軸承箱，減少油中帶水，油箱底部及時放水。如果機組長時間停運，在開機前需要檢查聯(lián)軸器是否有銹蝕，以免引起聯(lián)軸器故障停機。
條件允許的情況下，在勵磁機端增加測速裝置，預(yù)防主油泵聯(lián)軸器故障后汽輪機組的超速飛車事故。
動力二站1#汽輪機主油泵齒式聯(lián)軸器失效的原因是齒式聯(lián)軸器齒輪之間潤滑不足而無法帶走磨合產(chǎn)生的油泥導(dǎo)致銹蝕而失效。