汽轮机主油泵齿式联轴器失效的原因分析

针对动力二站1#汽轮机主油泵齿式联轴器失效的原因进行了分析，得出齿式联轴器齿轮之间润滑不足而无法带走磨合产生的油泥导致锈蚀失效的结论，提出了齿式联轴器失效的解决办法和安全运行的预防措施。
齿式联轴器连接主油泵与汽轮机高压转子，主油泵通过齿式联轴器连接由汽轮机转子带动而做功，提供润滑油和保安油给汽轮机组运行。2011年10月29日凌晨，动力二站1#汽轮机故障停机，发电机解列，转速表显示转速为零，高压油泵、交直流油泵全部联锁启动。经检查是主油泵齿形联轴器齿轮完全磨损导致无法带动主油泵，使机组测速显示为零和润滑油失压，机组在TSI保护作用下解列。
2 齿形联轴器磨损失效原因分析
齿形联轴器磨损失效原因通常有三个：安装对中不良、制造工艺或材质应用不当、润滑效果差[1]。下面分别进行分析。
对中不良，会造成齿与齿之间磨损较大。厂家图纸要求冷态时主油泵中心线比高压转子中心线高0.25-0.3mm，因运行中1#轴承座温度(约80℃)比主油泵轴承座温度(约55℃)高25℃，中心线高度1000mm，按照“1米的钢温度升高1℃放大0.01mm”的经验值，两者线性热膨胀高度差值约0.25mm。
11月11日复查对中数据，测得圆周偏差值0.005mm，端面向上偏差值0.06mm，测1#轴承座温度(55℃)比主油泵轴承座温度(31℃)高24℃，与运行状态两者温差值相当，数据满足安装要求，排除对中不良的可能。化学成份
制造工艺或材质应用不当。查图纸得到齿轮材质为38CrMoAlA，表面渗氮处理。根据合金结构钢国标GB/T3077-1999和对本次故障的齿形联轴器的化学成分分析报告(表1)，其化学成分符合标准要求。
材质为38CrMoAlA的齿轮，根据JB/T 8854.2-2001，要求“齿式联轴器齿面硬度(外齿轴套/内齿圈)在淬火情况下应达到45～50HRC/40～45HRC，氮化时应>500HV，且层深不小于0.5mm[2]。”对照其硬度试验报告(表2)，也符合标准要求。



联轴器故障失效部位位于主油泵端，外齿和内齿皆磨损均匀，见图1、图2，可知制造工艺符合要求。


齿形联轴器内部润滑不良，无法带走磨合产生的热量和油泥杂质，长时间运行导致联轴器的磨损。齿式联轴器内部必须要有良好的润滑，润滑油有润滑、冷却、冲洗的作用。由于齿式联轴器所联接的两个转动部件在转动时有轴向移动，必须保证联轴器接触齿面有良好的润滑，当接触齿面有磨损，油泥杂质的最大粒度大于25μm时，会失去润滑作用，同时轴向移动磨合产生的热量越多，接触齿面温度越高越容易磨损。联轴器排油孔过小或堵塞，油泥杂质就不能及时排走，在齿轮接触面轴向移动过程中，加剧了齿轮磨损，导致联轴器故障。
查联轴器图纸，要求主油泵端安装一ф8左右喷油管(见图3)对着联轴器进油孔，润滑油在离心力作用下顺着倾斜的进油孔进入联轴器内润滑，再由外齿轴套排油孔排出，对联轴器内部润滑、冲洗和冷却。
由于疏忽，机组安装时实际没有安装喷油管，只有前轴承箱内飞溅的少量润滑油进入联轴器内，长时间运行导致联轴器外齿轴套和内齿圈润滑不足而磨损。
当汽轮机轴封运行调整不当时会有蒸汽进入轴承箱内，带水的润滑油润滑效果大打折扣，还会加快铁质部件的锈蚀过程。水份加上磨损留下的杂质长期残留在联轴器内，将加快联轴器的磨损，直至联轴器失效。据了解，该汽轮机组的高压缸轴封漏汽一直较大，运行期间班组每天都要油箱底部放水，说明润滑油带水。
1#汽轮机组在2011年4月初至10中旬之间停运作备用，停运期间只按规定开交流油泵、顶轴油泵盘车，没有润滑油进入联轴器内部冲洗，有磨损的外齿套和内齿圈在带水的油泥杂质作用下发生锈蚀最终导致联轴器失效，见图4红棕色物质。


3 整改措施和建议
在本次联轴器故障检修中，更换了原厂生产且硬度检测合格的联轴器，并按照联轴器图纸所示，安装了对联轴器齿轮主动供油润滑的喷油管，加大润滑油量，极大改善了润滑状况，目前效果良好。小修期间拆检该联轴器，接触齿面只有轻微磨损痕迹，完全可以继续使用。
主油泵故障导致停机的情况在电力系统比较常见，特别是中、小型机组。为保证齿式联轴器安全运行应做好以下措施：
提高安装精度。提高安装精度可以减少因联轴器两端几何位置的改变使齿式联轴器出现卡涩或磨损的可能。主油泵找中心时，端面偏差应≤0.03mm，圆周偏差应≤0.03mm，高低数值要考虑预留高差,在冷态时找中心主油泵中心要高于汽轮机中心线0.20～0.25mm。
更换新联轴器时也要对其进行硬度检查。足够的硬度是保证齿形联轴器耐磨而长周期运行的必要条件。换新联轴器时要对外齿轴套和内齿圈进行硬度检查，确保齿式联轴器齿面硬度满足使用要求。
确保齿式联轴器内部有足够的透平油流动，润滑油有润滑、冷却、冲洗的作用。
调整汽封供汽压力，减少漏汽进入轴承箱，减少油中带水，油箱底部及时放水。如果机组长时间停运，在开机前需要检查联轴器是否有锈蚀，以免引起联轴器故障停机。
条件允许的情况下，在励磁机端增加测速装置，预防主油泵联轴器故障后汽轮机组的超速飞车事故。
动力二站1#汽轮机主油泵齿式联轴器失效的原因是齿式联轴器齿轮之间润滑不足而无法带走磨合产生的油泥导致锈蚀而失效。