核电机组盘车装置

核电机组盘车装置

徐滨

（东方汽轮机有限公司四川德阳618000）

[摘要]目前投运的东方百万千瓦等级核电机组盘车装置采用的是SSS离合器式电动盘车，其结构紧凑，可实现盘车装置与转子之间自动、无扰的动态啮合和脱开功能。本文对SSS离合器式电动盘车装置的结构、工作原理进行了阐述,对盘车装置在安装中应注意事项给出了建议。

关键词：盘车装置、SSS离合器、结构、建议

1.前言

盘车装置是带动汽轮发电机组轴系旋转的驱动设备，无论在火电或是核电汽轮发电机组中都是保证机组安全稳定运行的重要部件。机组启动前进行盘车：可以检查机组动、静部件之间是否有碰磨，检查转子挠度；连续盘车可消除转子因机组长期停运、存放而引起的非永久性弯曲，避免汽封送汽后转子受热不均匀而发生热弯曲；可大大减小冲转启动力矩，降低蒸汽对叶片的冲击力。停机时盘车：可以避免转子产生热弯曲。核电机组与火电机组比较，具有进汽蒸汽参数低、比容大的特点，体积流量约为同功率火电机组的4~6倍，因此核电机组结构尺寸很大，拿百万千瓦等级的四缸六排汽机组来说，机组整个轴系长达60多米，转子重量为850多吨。转子一旦发生弯曲，则难以矫正，导致机组振动过大，甚至不能正常工作。采用安全可靠，投入和脱开灵活方便的盘车装置是十分必要的，东方百万千瓦等级的核电机组采用的是SSS离合器式电动盘车，其结构紧凑，使用方便，具有动态无扰啮合和自动脱开的功能。

2.盘车装置的构成和工作原理

2.1构成

东方百万千瓦等级核电机组的盘车装置，安装在前轴承箱内，采用盘车离合器小齿轮与安装在转子前端的盘车大齿轮轴向啮合的方式，带动机组转子旋转。盘车装置由盘车电动机、液压联轴器、减速机构、SSS离合器(离合器主轴、小齿轮、盘车大齿轮）及其控制、监测等部件组成，见图1。

通常取T电=1.4T阻；T阻.为轴系启动阻力矩；T电为盘车电机的启动力矩；P电为电动机功率；n为盘车转速；η为传动效率；ξ为电机过载系数。

2.1.2SSS离合器

SSS离合器是盘车装置的核心部件，离合器的啮合与脱开功能的实现，是完成盘车功能的关键因素。SSS离合器组成由：外圆带有螺旋齿的离合器轴、带螺旋内齿的离合器小齿轮（由螺旋滑道引导实现啮合和脱开）、安装在转子前端的盘车大齿轮。见图2。

离合器主轴上设置有两个油接口，分别为离合器提供润滑油和为小齿轮提供移动的动力油。为判断离合器小齿轮的啮合和退出状态，分别在小齿轮的啮合位置及脱开位置设置了一个接近开关(S2、S3)，只有当小齿轮完全啮合或完全退回时才能被监测到，并发出信号给控制系统。

图2SSS离合器

2.2工作原理

盘车电动机给盘车装置提供驱动力，带动一对蜗轮副减速，并将传动由离合器轴输出，由SSS离合器小齿轮与盘车大齿轮完成齿轮的啮合后，实现转子的旋转。

离合器的工作原理：（1）啮合。由电磁阀控制离合器小齿轮向啮合位动作。当需要啮合的时候，电磁阀通电打开，动力油推动小齿轮向盘车大齿轮移动并与大齿轮接触，此时盘车电机采用软启动，限压运行（避免齿轮啮合时的冲击）并带动离合器主轴缓慢旋转，小齿轮沿着离合器主轴上的螺旋滑道旋转前移，完成与大齿轮的完全啮合。当转子转速不超过盘车装置的转速时，可始终保持在啮合状态。（2）脱开。当转子扭矩大于小齿轮的扭矩时，大齿轮给盘车小齿轮一个反向力矩，小齿轮在反向力矩的作用下沿着螺旋滑道脱开大齿轮，完成自动脱离功能。

SSS离合器工作过程见图3、4、5。

3.盘车装置安装中注意事项

为避免盘车大、小齿轮在热态下发生碰撞，盘车装置设定了小齿轮的冷态安装位置（退回位置），这个位置可保证热态下，转子膨胀后大、小齿轮不发生碰撞。见图6。离合器大、小齿轮脱离啮合后，小齿轮还需要继续移动直到退回到设定的退回位置。因此小齿轮退回到设定的位置才是盘车装置完成脱开动作的最终目标。

图6小齿轮的安装位置

3.1离合器退出过程分析

离合器小齿轮退出过程可分成两个步骤：（1）脱离啮合；（2）退回到非啮合位。

第一步：小齿轮与盘车大齿轮的脱离为纯机械式，只要大、小齿轮间的螺旋滑道没有过大的卡涩，小齿轮在反向扭矩的作用下沿着螺旋滑道移动，实现脱离啮合。第二步：小齿轮从脱离啮合（与盘车大齿轮）到退回到设定的非啮合位，则需要靠小齿轮退出啮合时的惯性力及润滑油的压力做为轴向推力F1来推动小齿轮继续移动到非啮合位。见图7。

图7小齿轮退回过程中的受力情况

如果小齿轮退回过程中，供给盘车的润滑油压低，那么润滑油施加给小齿轮的推力F1会减小；若润滑油供油量不足，那么会导致摩擦阻力F2过大，将抵消很大一部分润滑油推力F1；而且摩擦力F2越大，小齿轮靠惯性可滑动的距离也就越小。

小齿轮与大齿轮脱离啮合后，小齿轮端部已进入盘车动力油腔室，会带进一部分润滑油和空气，尽管此时电磁阀没供压力油，但如果电磁阀排油油路不畅，动力油腔室内润滑油与空气不能及时排出，就会产生残余压力F3，阻止小齿轮退出。

因此盘车退出过程中必须保证小齿轮所受推力F1大于F2、F3之和，小齿轮才能顺利退回到非啮合位。

3.2影响退回到非啮合位置的因素

通过前述分析，影响小齿轮退回到非啮合位的因素有主要有四点：（1）盘车离合器螺旋滑道不顺畅或有卡涉，减小了小齿轮退出时的惯性力。（2）盘车装置润滑油连续供油压力不足，影响退出的轴向推力。（3）润滑油量不足，会增大小齿轮移动的摩擦阻力。（4）电磁阀断电时，电磁阀排油不畅，动力油腔室内存在油阻，阻碍小齿轮完全退到位。

3.3盘车安装时注意事项

为减少或避免盘车小齿轮在退出过程中出现影响轴向推力F1的不利因素，建议盘车装置在安装时注意以下几方面：

（1）首先检查螺旋滑道内、外齿之间是否有异物，清理螺旋滑道，确保整个滑道光滑顺畅。

（2）检查盘车润滑油管座、接头等部位，不得有堵塞等，润滑油供油管路规格满足设计要求；检查盘车装置的润滑油供油情况，供盘车离合器的润滑油油压，不得小于规定的压力值。根据经验，盘车装置小齿轮上可能会留有有多余的工艺孔，这些孔会增加润滑油的泄漏量，需将这些孔封堵。

（3）电磁阀是控制离合器小齿轮动作的关键设备，当盘车小齿轮啮合后，电磁阀应断电排油，排油管线应顺畅，排油孔处于最低位，确保电磁阀断电后动力油可完全排空。

4.结语

核电机组采用的离合器式电动盘车装置，其工作原理先进，结构紧凑，安装方便。通过盘车装置在安装过程中对前述注意事项的关注，对提高盘车装置安装质量和后续运行都会起到很好的帮助作用。

参考文献：

[1]中国动力工程学会.火力发电设备技术手册：第二卷：汽轮机.北京：机械工业出版社，1998

[2]东方汽轮机有限公司.主盘车装置设备运行维护手册.德阳：东方汽轮机有限公司.2012

[3]SSS离合器有限公司.“SSS离合器技术手册”