汽輪機(jī)高壓主調(diào)閥故障分析及處理

喬 鑫 宋婷婷

海南核電有限公司

汽輪機(jī)高壓主調(diào)閥故障分析及處理

喬 鑫 宋婷婷

海南核電有限公司

本文介紹了某電廠汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組在調(diào)試階段，汽輪機(jī)高壓主調(diào)閥發(fā)生的諸多問題，調(diào)試人員從實(shí)際問題出發(fā)，會(huì)同設(shè)備廠家多次討論，針對(duì)高壓主調(diào)閥存在的問題進(jìn)行原因分析，制定出切實(shí)可行的處理方案，最終將問題解決。

高壓調(diào)閥；振動(dòng)；功率

一、引言

某電廠汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)為單軸、四缸六排汽帶中間汽水分離再熱器的反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。主蒸汽通過主汽閥后分兩路進(jìn)入調(diào)節(jié)閥，然后經(jīng)高壓導(dǎo)汽管分別從高壓缸的上部和下部各兩根管道進(jìn)入高壓缸，高壓缸排汽從MSR底部側(cè)面進(jìn)入位于低壓缸兩側(cè)MSR，MSR排汽經(jīng)再熱閥門后進(jìn)入低壓缸對(duì)轉(zhuǎn)子做功。當(dāng)機(jī)組功率升至75%時(shí)，發(fā)現(xiàn)調(diào)閥開度已達(dá)到最大，機(jī)組無法繼續(xù)升功率，進(jìn)行相應(yīng)處理后機(jī)組功率順利升至100%，并完成了相關(guān)試驗(yàn)，但是高壓調(diào)閥一直存在嘯叫，振動(dòng)劇烈，且多次發(fā)生閥桿定位銷折斷導(dǎo)致閥芯脫落事件。

二、主調(diào)閥功能概述

1、轉(zhuǎn)速控制；機(jī)組掛閘瞬間，主汽閥打開，隨著主調(diào)閥的逐漸開啟，汽機(jī)轉(zhuǎn)速升高，直至升至3000rpm，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定主調(diào)閥的泄漏量要求必須滿足汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不得高于1000rpm，以便于機(jī)組低轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行聽音檢查，以消除機(jī)組可能存在的動(dòng)靜碰磨安全隱患。

2、功率控制。機(jī)組正常運(yùn)行期間，通過調(diào)節(jié)調(diào)閥開度，控制機(jī)組蒸汽流量，從而進(jìn)行功率調(diào)節(jié)控制。

3、超速保護(hù)。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到103%額定轉(zhuǎn)速即3090rpm時(shí)，OPC電磁閥動(dòng)作，此時(shí)OPC油壓立刻降低，主調(diào)閥油動(dòng)機(jī)卸荷閥開啟，主調(diào)閥迅速關(guān)閉，主調(diào)閥本身的快關(guān)時(shí)間要求在0.20s以內(nèi)，而當(dāng)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速后，OPC電磁閥復(fù)位，OPC油壓建立，此時(shí)則需要主調(diào)閥快速開啟到關(guān)閉前的開度，以防止轉(zhuǎn)速過分降低。

三、調(diào)試期間主調(diào)閥出現(xiàn)的問題

1、機(jī)組并網(wǎng)后，平穩(wěn)升功率，當(dāng)功率平臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行到75%時(shí)，發(fā)現(xiàn)4臺(tái)調(diào)閥開度都已達(dá)到49%，DEH內(nèi)流量請(qǐng)求已達(dá)到97%，機(jī)組無法繼續(xù)升功率。

2、重新啟機(jī)，功率升至50%以上時(shí)，調(diào)閥出現(xiàn)嘯叫聲，并且閥門劇烈振動(dòng)，振幅達(dá)到180μm，運(yùn)行約2小時(shí)后發(fā)現(xiàn)1#調(diào)閥閥芯脫落，緊急處理更換防轉(zhuǎn)銷后繼續(xù)運(yùn)行，1小時(shí)后閥芯再次脫落，之后3#調(diào)閥閥芯也發(fā)生脫落。

四、原因分析

1、無法升功率問題。閥籠是閥門內(nèi)部的關(guān)鍵部件，是實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的部件，由兩部分組成：底部是調(diào)速孔區(qū)，共鉆有1426個(gè)φ6—φ3縮孔，上部為大孔區(qū)域，對(duì)于常規(guī)的汽輪機(jī)調(diào)閥，大孔區(qū)域是參與功率調(diào)節(jié)的。經(jīng)分析計(jì)算，原西屋設(shè)計(jì)的調(diào)速孔為φ6.35直孔，共1288個(gè)，核算通流面積為407.7cm2?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì)為1426個(gè)φ6→φ3的縮孔，核算通流面積為100.7cm2。廠家在調(diào)閥設(shè)計(jì)過程中，沿用了西屋公司的圖紙，但是把調(diào)速孔的尺寸做了修改，導(dǎo)致調(diào)閥流通面積不足。

原設(shè)計(jì)認(rèn)為調(diào)速孔只參與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和部分的功率調(diào)節(jié)，要達(dá)到高功率，需要用到調(diào)速孔區(qū)上方的大孔區(qū)，但是在本臺(tái)機(jī)組上，該運(yùn)行方式該不適用，經(jīng)多方調(diào)研及試驗(yàn)證明：該主調(diào)閥開啟到大孔區(qū)時(shí)，每1%開度將帶來20MW功率上升，狀態(tài)極不穩(wěn)定。針對(duì)此原因，閥門調(diào)速孔返廠進(jìn)行了擴(kuò)孔處理。

2、調(diào)閥閥芯脫落問題。閥桿頂部通過螺紋與閥門操縱座連接，并用定位銷定位防轉(zhuǎn)，螺紋連接應(yīng)具備一定的預(yù)緊力，閥桿頂部與操縱座頂死，防止閥芯在汽流作用下轉(zhuǎn)動(dòng)從而損壞定位銷，進(jìn)而導(dǎo)致閥芯脫落，因?yàn)槎ㄎ讳N比較細(xì)，不足以提供閥芯防轉(zhuǎn)的阻力。閥桿中部一直到底部都設(shè)有迷宮密封，阻止蒸汽沿閥桿泄漏。閥桿上半部與下半部直徑不等，下半部偏大，通過此處的臺(tái)階限制閥門的行程為154mm。閥桿與閥芯的連接方式為M110螺紋連接，并裝有防轉(zhuǎn)銷防轉(zhuǎn)。

分析認(rèn)為除了主調(diào)閥自身原因造成的振動(dòng)過大導(dǎo)致閥芯旋轉(zhuǎn)之外，還有閥桿與操縱座連接問題以及定位銷設(shè)計(jì)問題。

(1)閥桿與操縱座螺紋連接的預(yù)緊力不足，螺紋自身過松。西屋圖紙要求，閥桿與操縱座連接，在定位銷穿入之前，閥桿頂部應(yīng)與操縱座底部緊密接觸，并加900NM力矩，但機(jī)組安裝期間并未對(duì)該處進(jìn)行嚴(yán)格控制。

(2)防轉(zhuǎn)銷設(shè)計(jì)尺寸不夠，強(qiáng)度不足。西屋設(shè)計(jì)制造的主調(diào)閥該銷釘尺寸為φ0.25in×3in，而該機(jī)組銷釘尺寸為φ5.9×10。

3、 對(duì)于調(diào)閥的嘯叫和振動(dòng)，分析原因如下：

(1)消音器擴(kuò)孔后，消音孔不對(duì)中，汽流通過時(shí)產(chǎn)生渦流所致。

(2)消音器擴(kuò)孔時(shí)孔內(nèi)壁粗糙度不合格所致。

五、故障處理

主調(diào)閥通流能力不足問題，我們會(huì)同廠家計(jì)算了現(xiàn)有的通流面積，并根據(jù)目標(biāo)功率計(jì)算得出了調(diào)速孔應(yīng)具備的尺寸，最終決定將3#機(jī)調(diào)閥調(diào)速孔直徑擴(kuò)為φ6mm的直孔。具體實(shí)施辦法經(jīng)討論決定將擴(kuò)建機(jī)組8臺(tái)主調(diào)閥全部返回制造廠，進(jìn)行調(diào)速孔擴(kuò)孔工作。由于調(diào)速孔部件材質(zhì)很硬，擴(kuò)孔速度緩慢，鉆頭不斷損壞，導(dǎo)致擴(kuò)孔質(zhì)量不佳，孔壁粗糙度較差，孔的真實(shí)直徑隨著鉆頭的磨損變小，低于6mm。另一方面，由于處于趕工狀態(tài)，并且擴(kuò)孔時(shí)調(diào)速孔沒有從閥蓋上拆下，組件在鉆床上安裝定位精度不夠，造成部分孔沒有完全對(duì)準(zhǔn)中心加工，蒸汽進(jìn)入后，可能會(huì)造成渦流，并在閥芯上產(chǎn)生扭力，導(dǎo)致閥芯旋轉(zhuǎn)。就是說，擴(kuò)孔精度不夠造成了后來的閥芯脫落以及振動(dòng)、噪聲。擴(kuò)孔后的調(diào)速孔，其通流面積有了很大的提高，機(jī)組成功達(dá)到了滿功率運(yùn)行，但是相同功率水平時(shí)調(diào)閥的開度仍然略大于同型機(jī)組。根據(jù)理論核算，同型機(jī)組通流面積為407.7cm2，而本機(jī)組為403cm2。按照機(jī)組設(shè)計(jì)，機(jī)組的功率要高于同型機(jī)組，冬季最大功率可達(dá)到701MW，因此，擴(kuò)孔后的調(diào)閥通流能力仍然不夠。機(jī)組目前電功率約670MW，根據(jù)與廠家討論協(xié)商，決定重新制作8臺(tái)消音器，調(diào)速孔加工為1288個(gè)φ6.35的通孔，并嚴(yán)格保正調(diào)速孔的中心度及孔壁粗糙度，使任意3組對(duì)孔的中心線都交于中心點(diǎn)。

六、結(jié)束語

汽輪機(jī)高壓主調(diào)閥與機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系密切，而此類關(guān)鍵設(shè)備在國(guó)產(chǎn)化過程中發(fā)現(xiàn)的問題為檢修工作積累的寶貴的經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格控制關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝質(zhì)量，才能保證機(jī)組安全運(yùn)行，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]HN650-6.41型汽輪機(jī)主機(jī)說明書 哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司