25MW汽輪機調速汽門波動原因分析

姜愛群

1.故障現(xiàn)象

C25-9.31/0.98型汽輪機，武漢汽輪電機廠制造，2000年建成投產，該型汽輪機調速汽門具有提升力小和穩(wěn)定性好兩大優(yōu)點，圖1是調速汽門結構示意圖。

調速汽門故障主要表現(xiàn)為閥桿上端接頭處嚴重磨損及脫落；調速汽門振動；在2號調速汽閥小開度情況下，機組負荷擺動大。閥桿接頭處的嚴重磨損及脫落，往往導致調速汽門空行程增加，使調門滯后打開，影響機組的調節(jié)性能。調速汽門振動，輕者可能引起油動機、蒸汽管道振動，嚴重時導致調門上連桿及導汽管疏水管焊縫疲勞斷裂。

2.原因分析

（1）調速系統(tǒng)預啟閥的作用是在調速汽門開啟時，減少門前、門后的壓力差，從而減少調速汽門在開啟時的提升力。C25-9.31/0.98汽輪機的四個調速汽門均采用帶預啟閥的結構，但是由于預啟閥不嚴而往往造成機組在定速過程中轉速發(fā)生波動，因為機組在定速時主要是開啟1號調速汽門，若預啟閥不嚴，則在定速時不僅1號調速汽門進汽，其他調速汽門也進汽，這樣將使機組轉速無法穩(wěn)定。隨著機組運行年限的不斷增加，由于高溫蒸汽流沖刷、頻繁打閘，使得調速汽門閥芯與閥座上出現(xiàn)不同程度的氧化皮及小點坑等，而調速汽門是靠閥芯與閥座相接觸的圓形寬帶（即型線）來密封的，因此若這些缺陷出現(xiàn)于閥芯與閥座的型線處，則會造成調速汽門的漏汽現(xiàn)象，從而使機組轉速無法穩(wěn)定。

（2）由于帶預啟閥結構的調速汽門在剛開啟時，預啟閥先開。借助預啟閥的開啟，使調門前后壓差減小，從而減小主閥的提升力。然而預啟閥的存在，不可避免地造成了閥碟與閥桿的分離，使閥碟懸浮于蒸汽流中，極易產生上下振動。另一方面，預啟閥在小開度情況下，閥內蒸汽流場很不穩(wěn)定，直接導致了閥碟的振動，同時還可能誘發(fā)閥桿的振動。閥碟的上下振動，還直接導致了閥桿上端接頭處的磨損。從振動角度分析，在調速汽門的全行程中，會出現(xiàn)兩個振動高峰區(qū)，它們是兩種不同類型的振動：一是調門開度小、進出口壓差大時產生的高頻自激振動，它具有固定的頻率和穩(wěn)定的周期波形，并伴有高噪聲；二是調門開度較大、進出口壓差較小時產生的低頻強迫振動，它由閥碟底部的不穩(wěn)定擾動蒸汽流引起，是一種不規(guī)則的隨機振動。動力部25MW汽輪機2號調速汽門小開度情況下振動，就屬于前一種類型，是大卸載調門在小開度時，閥碟自身產生的高頻自激振動現(xiàn)象。調速汽門卸載偏大、閥內蒸汽流場不穩(wěn)定是造成2號調門小開度時振動的主要原因。

（3）在理想情況下，希望配汽機構的特性（流量與閥門升程的關系或功率與升程的關系）為一直線,但實際上卻有一定的差別，差別的程度不僅同每一調速汽門的特性有關，而且還和相鄰的兩個調門的重疊度有關，調門重疊度過大或過小甚至存在空行程都對調速系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響。重疊度過大，相當于在某段負荷內，同時有兩個調速汽門都在有效地控制流量，因而在這段負荷內，油動機行程或調速汽門行程不大的變化，便引起較大的功率變化，因而極易引起調速系統(tǒng)擺動。重疊度過大引起調速汽門擺動的特點是具有明顯的定點性，即擺動都發(fā)生在相鄰的兩個調速汽門交接處所對應的負荷，超過這一負荷，便能重新趨向穩(wěn)定。重疊度過小甚至存在空行程,則較小的功率變化便對應著很大的調速汽門升程改變量，在極端情況下，配汽機構特性在此范圍內是呈水平狀，說明在此負荷下所對應的調速汽門升程是不定的，這時即使沒有負荷變化，油動機卻在上下擺動，但擺動速度往往是比較緩慢的，重疊度太小還使油動機的工作行程增大，因而減少了油動機的富裕行程。

3.措施

（1）調速汽門型線不良通常表現(xiàn)為汽機空負荷時調速系統(tǒng)的擺動，為確保調速汽門閥芯與閥座接觸型線的嚴密性，修理時必須認真做好調門閥芯及閥座上的高溫氧化皮的清理，并對調速汽門主閥進行預裝研磨。由于動力部25MW汽輪機1、2號調速汽門預啟閥閥桿上端接頭處絲扣均損壞，于是更換閥桿及閥座，重新配制閥桿細牙鎖母。

（2）要解決2號調速汽門小開度時的振動問題，從結構角度講，在于改善閥內蒸汽流場，并改小調門的卸載能力，使調門本身始終受到一個向下、適中的不平衡蒸汽力，處在穩(wěn)定的蒸汽流場中，以避免閥碟上下浮動?？蓽p小調速汽門預啟閥行程，減小閥碟浮動程度，增強閥碟穩(wěn)定性或者減小調速汽門閥桿直徑，增加蒸汽平衡力。經(jīng)武汽廠專家理論計算，將2號調速汽門閥桿直徑減小0.3mm。

（3）調速汽門重疊度不宜過大也不能太小，所以應有一個合適的范圍。經(jīng)驗表明，在前一個調速汽門開啟到其門后的壓力為門前壓力的85%～90%時，后一個調速汽門即開啟為最合理。由于25MW汽輪機在2號調速汽門小開度情況下，機組負荷擺動大，可以判斷是1號調門與2號調門重疊度過大引起的調速汽門擺動。于是將1、2號調門對應的配汽機構凸輪進行清理與位置調整，適當減小1、2號調門的重疊度。

4.結束語

造成汽輪機調速汽門波動的原因很多，尤其是調門閥桿上端接頭處嚴重磨損及脫落現(xiàn)象，在汽輪機組運行中時有發(fā)生，這個問題應引起各方面的重視，否則將嚴重危及機組的安全運行。調速汽門修理時，應嚴格執(zhí)行檢修工藝，部分問題應與制造廠家進行溝通，保證修理質量。

W13.04-13