9E燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)抽汽調(diào)節(jié)閥缺陷處理

張?zhí)┥?，盧士文，朱偉

(湖北華電武昌熱電有限公司，湖北 武漢 430062)

0 引言

某電廠9E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)為供熱機(jī)組，在首次檢查性大修后，控制抽汽參數(shù)的抽汽調(diào)節(jié)閥經(jīng)過(guò)大修考核期運(yùn)行均沒(méi)有出現(xiàn)異常，但在一次熱態(tài)開(kāi)機(jī)過(guò)程中，該抽汽調(diào)節(jié)閥活塞桿轉(zhuǎn)接頭絲桿出現(xiàn)彎曲，本文針對(duì)該類缺陷進(jìn)行分析并給出處理建議。

1 抽汽調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)接頭彎曲發(fā)生過(guò)程

2012-04-24 T 07:00，該9E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)在開(kāi)機(jī)過(guò)程中，汽輪機(jī)啟動(dòng)掛閘，抽汽調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，汽輪機(jī)本體旋轉(zhuǎn)隔板處于全開(kāi)位，在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)該抽汽調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)活塞桿的轉(zhuǎn)接頭彎曲。抽汽調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭彎曲及修復(fù)后的照片如圖1所示。

2 活塞桿轉(zhuǎn)接頭彎曲原因分析

2.1 停機(jī)處理

2012-04-28 T 12:00，計(jì)劃停機(jī)，在汽輪機(jī)停機(jī)之前已辦理好工作票并做好安全措施，以便停機(jī)后進(jìn)行檢修。汽輪機(jī)停機(jī)打閘之前，解開(kāi)抽汽調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿的連接，防止汽輪機(jī)打閘時(shí)旋轉(zhuǎn)隔板同時(shí)關(guān)閉，因?yàn)樵撎庍B接轉(zhuǎn)接頭彎曲，可能導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)活塞桿受到不可預(yù)計(jì)的阻力而損傷油動(dòng)機(jī)。

2.2 缺陷基本情況

(1)解開(kāi)抽汽調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿的連接并拆下該處轉(zhuǎn)接頭后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)接頭絲桿長(zhǎng)180 mm，彎曲點(diǎn)發(fā)生在離根部40～110 mm的絲桿部分，油動(dòng)機(jī)活塞桿沒(méi)有彎曲，而且旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿上下活動(dòng)自如，沒(méi)有受阻現(xiàn)象。

圖1 抽汽調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭發(fā)生彎曲及修復(fù)后照片

(2)經(jīng)檢查測(cè)量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動(dòng)機(jī)活塞桿的行程為150.0 mm，與圖紙要求相符。旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿的實(shí)際行程為148.0 mm，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝配圖上調(diào)節(jié)連桿的允許行程為135.0 mm，其全關(guān)位置時(shí)調(diào)節(jié)連桿處于水平狀態(tài)，并且油動(dòng)機(jī)中心線與調(diào)節(jié)連桿軸承的圓心重合，如圖2所示。而在旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿的裝配圖紙上標(biāo)明連桿的行程為161.1 mm，調(diào)節(jié)連桿50%開(kāi)度時(shí)處于水平狀態(tài)，在全開(kāi)或全關(guān)位時(shí)允許油動(dòng)機(jī)中心與連桿軸承中心偏差為3.16 mm，如圖3所示。

(3)對(duì)缺陷設(shè)備解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿全開(kāi)時(shí)，油動(dòng)機(jī)中心線與調(diào)節(jié)連桿軸承中心偏離了32.00mm，而圖紙要求是3.16mm，較大地偏離了圖紙要求，如圖4所示(圖中:p為液壓;A為活塞截面積)。

2.3 彎曲原因分析

2.3.1 抽汽調(diào)節(jié)閥的閥位標(biāo)定過(guò)程

對(duì)于初次安裝或者檢修完成后的抽汽調(diào)節(jié)閥，熱控專業(yè)需要和機(jī)務(wù)專業(yè)配合完成抽汽調(diào)節(jié)閥的閥位標(biāo)定工作，標(biāo)定的步驟為:

圖2 抽汽調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)連桿裝配圖

(1)確定高壓抗燃油(EH油)系統(tǒng)工作正常，需要標(biāo)定的閥門(mén)具備正常開(kāi)啟和關(guān)閉的條件;

(2)將MOOG閥與伺服控制(SPC)卡斷開(kāi);

(3)將手操器和MOOG閥連接;

(4)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手操器旋鈕，使油缸活塞向上運(yùn)動(dòng)到機(jī)械死點(diǎn)(零位位置)，熱控人員通過(guò)配置軟件將零位寫(xiě)入SPC卡;

(5)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手操器旋鈕，使油缸活塞向下運(yùn)動(dòng)到機(jī)械死點(diǎn)(滿度位置)，熱控人員通過(guò)配置軟件將滿度位置寫(xiě)入SPC卡;

(6)完成閥位標(biāo)定工作，將MOOG閥與SPC卡連接;

(7)此時(shí)油缸可通過(guò)SPC卡進(jìn)行正常控制。

2.3.2 從旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿受力情況進(jìn)行分析

由以上抽汽調(diào)節(jié)閥的標(biāo)定過(guò)程可以看出，零位和滿度是以活塞向上、向下的機(jī)械死點(diǎn)來(lái)確定的。由于旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿與油動(dòng)機(jī)中心線存在加工累計(jì)誤差，所以，在初次標(biāo)定時(shí)就存在油動(dòng)機(jī)滿度位置偏大的可能;又由于標(biāo)定時(shí)間很短，此時(shí)尚不足以造成連桿的彎曲。在采暖或制冷季節(jié)，旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿處于中間開(kāi)度位置，控制旋轉(zhuǎn)隔板開(kāi)度的油缸只需克服旋轉(zhuǎn)隔板開(kāi)大或關(guān)小的摩擦阻力和隔板自重力，而在非制冷采暖季節(jié)，汽輪機(jī)啟動(dòng)后抽汽調(diào)節(jié)閥指令始終處于全開(kāi)位，經(jīng)過(guò)多次開(kāi)停機(jī)，即抽汽調(diào)節(jié)閥多次開(kāi)關(guān)之后，該轉(zhuǎn)接頭絲桿產(chǎn)生少量的彎曲變形，分析任何一次開(kāi)機(jī)后該活塞桿所受的力矩，其活塞上腔的進(jìn)油壓力最大可能達(dá)到14 MPa，受力分析如圖4所示。

受力分析說(shuō)明:SPC卡控制油的壓力為14MPa，油動(dòng)機(jī)油缸活塞直徑為125 mm，油動(dòng)機(jī)中心線與調(diào)節(jié)連桿軸承中心偏離32 mm。

油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭的力矩

作用在油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭絲桿上的力矩為5495 N·m，這么大的彎曲力矩足以將1根M36×3 mm的絲桿壓彎，該力矩是設(shè)計(jì)力矩的10.127(32/3.16)倍。

2.4 油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭絲桿彎曲的主要原因

圖3 旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿工作原理圖

綜合以上分析和計(jì)算可知，造成此次油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭絲桿彎曲的主要原因是:由于旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿各部件的制造誤差疊加，使得油動(dòng)機(jī)活塞桿運(yùn)動(dòng)中心線與調(diào)節(jié)連桿軸承中心偏離了32.00 mm，遠(yuǎn)超3.16 mm的設(shè)計(jì)要求，使得作用于活塞桿轉(zhuǎn)接頭絲桿的最大可能彎曲力矩增大了10倍以上，這么大的力矩是轉(zhuǎn)接頭絲桿強(qiáng)度難以承受的，再加上調(diào)節(jié)連桿的軸承為圓柱形，導(dǎo)致絲桿只能沿著軸承的側(cè)面彎曲(如圖1所示)。

圖4 抽汽調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭受力分析

3 活塞桿轉(zhuǎn)接頭絲桿彎曲后的處理情況

3.1 處理對(duì)策及執(zhí)行情況

經(jīng)過(guò)檢查，調(diào)整油動(dòng)機(jī)中心與調(diào)節(jié)連桿軸承的中心距離不太可能，無(wú)法將執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動(dòng)機(jī)向汽輪機(jī)本體側(cè)移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿也不可能伸長(zhǎng)，只能從其他途徑想辦法。

(1)將該執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動(dòng)機(jī)活塞桿轉(zhuǎn)接頭拆下，更換新的轉(zhuǎn)接頭。

(2)減小作用于轉(zhuǎn)接頭絲桿的力矩，即減小高壓油對(duì)活塞的作用力。重新調(diào)整旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿的行程，以旋轉(zhuǎn)隔板的全關(guān)位來(lái)定位0%，然后將調(diào)節(jié)連桿向下開(kāi)大到一定的角度，使調(diào)節(jié)連桿的垂直活動(dòng)行程達(dá)到135 mm，與設(shè)計(jì)圖紙相符，將此位置定為L(zhǎng)VDT開(kāi)度的100%，而實(shí)際旋轉(zhuǎn)隔板沒(méi)有達(dá)到最大極限開(kāi)度，該開(kāi)度只需滿足旋轉(zhuǎn)隔板噴嘴需要的流通面積即可。

(3)按照上述方法重新調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程后，旋轉(zhuǎn)隔板在開(kāi)大到100%開(kāi)度時(shí)，油動(dòng)機(jī)只需要克服旋轉(zhuǎn)隔板重力和摩擦阻力產(chǎn)生的力矩，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量估算，該力矩約為313.6 N·m，此力矩在轉(zhuǎn)接頭絲桿能夠承受的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

3.2 檢查處理情況

(1)在冷態(tài)情況下啟動(dòng)EH油系統(tǒng)，汽輪機(jī)掛閘后抽汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟正常，打閘后關(guān)閉正常，在全行程范圍內(nèi)油動(dòng)機(jī)活塞走動(dòng)平穩(wěn)，閥位標(biāo)定符合圖紙要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程范圍符合圖紙要求。

(2)汽輪機(jī)在額定工況下，即帶額定負(fù)荷60 MW，自動(dòng)主汽門(mén)前額定進(jìn)汽壓力為5.549 MPa，進(jìn)汽溫度為514℃時(shí)，旋轉(zhuǎn)隔板(第11級(jí)隔板)前的蒸汽壓力為1.740 MPa。在實(shí)際運(yùn)行條件下，由于余熱鍋爐的設(shè)計(jì)計(jì)算誤差，在汽輪機(jī)啟動(dòng)帶滿負(fù)荷后，實(shí)際的進(jìn)汽參數(shù)與設(shè)計(jì)值有一定差異。在4月主汽調(diào)節(jié)閥全開(kāi)工況下，實(shí)際高壓蒸汽進(jìn)汽壓力為4.900 MPa，進(jìn)汽溫度為514℃時(shí)，旋轉(zhuǎn)隔板的行程按照?qǐng)D紙要求重新調(diào)整后，第11級(jí)隔板前的蒸汽壓力與調(diào)整前一致，說(shuō)明調(diào)整后第11級(jí)隔板的通流能力滿足了設(shè)計(jì)要求。

4 暴露的問(wèn)題及改進(jìn)措施

(1)由于抽汽調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)是直行程，旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿是角行程，用直行程控制角行程，油動(dòng)機(jī)活塞的行走中心與旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)連桿軸承的中心勢(shì)必有偏心，其偏心距設(shè)計(jì)要求為3.16 mm，對(duì)旋轉(zhuǎn)隔板及其連桿、調(diào)節(jié)杠桿和調(diào)節(jié)連桿等的加工精度要求非常高，其累計(jì)誤差很容易超標(biāo)。這就要求汽輪機(jī)制造廠嚴(yán)格質(zhì)量管理制度，嚴(yán)格控制每一個(gè)零部件的精度誤差，嚴(yán)禁使用尺寸誤差超標(biāo)的零部件。

(2)要從根本上解決此問(wèn)題，必須從設(shè)計(jì)上想辦法，若將油動(dòng)機(jī)垂直于汽輪機(jī)本體軸線方向上的定位(不妨?xí)憾闄M向定位)改為可調(diào)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整油動(dòng)機(jī)的橫向定位來(lái)控制油動(dòng)機(jī)中心與調(diào)節(jié)連桿軸承之間偏心距超標(biāo)的問(wèn)題，這種改進(jìn)方向要求汽輪機(jī)制造廠家更新思維方式，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

(3)設(shè)備監(jiān)造人員必須熟練掌握制造過(guò)程的工藝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備組裝、裝配及重要節(jié)點(diǎn)必須到場(chǎng)見(jiàn)證，嚴(yán)格把關(guān)。

(4)工程回訪制度應(yīng)該得到設(shè)備制造廠家的足夠重視。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，設(shè)計(jì)、制造和裝配調(diào)整方面的問(wèn)題會(huì)暴露出來(lái)，制造廠家應(yīng)該及時(shí)掌握出廠設(shè)備的缺陷情況，在設(shè)計(jì)、制造和質(zhì)量控制等方面加以改進(jìn)，防止同類缺陷在其他設(shè)備上重復(fù)出現(xiàn)。

(5)發(fā)電企業(yè)的運(yùn)行維護(hù)人員也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的監(jiān)督檢查和維護(hù)管理，發(fā)生的設(shè)備缺陷雖然不能從源頭上進(jìn)行處理，但通過(guò)分析缺陷的發(fā)生機(jī)制和調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，在不影響安全、使用功能和經(jīng)濟(jì)性的前提下，也能達(dá)到滿意的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于汽輪機(jī)本體抽汽調(diào)節(jié)閥的控制，需要本體制造廠家和EH油系統(tǒng)配套廠家在技術(shù)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行充分的溝通，保證零部件的制造裝配精度能夠?qū)崿F(xiàn)圖紙的技術(shù)要求;設(shè)備廠家需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制設(shè)備的裝配誤差在允許范圍內(nèi)，確保出廠設(shè)備滿足安全和功能要求。