大型汽輪機(jī)高壓調(diào)門伺服閥卡澀在線更換處理方法的探討

宋亞飛

摘要：文章首先介紹了大型汽輪機(jī)高壓調(diào)門伺服閥的原理結(jié)構(gòu)及功能，重點(diǎn)分析了在線更換伺服閥過程中存在的危險(xiǎn)因數(shù)，并提出了相應(yīng)的具體檢修控制策略。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；伺服閥；在線更換；軸系振動(dòng)；EH油泄漏

前言：

目前，為了滿足電網(wǎng)穩(wěn)定性的需要，大型汽輪發(fā)電機(jī)組要求必須具備快速且頻繁調(diào)峰的能力，這對控制汽輪機(jī)進(jìn)汽量的高壓調(diào)門在靈活性和可靠性方面都提出了更高要求。國內(nèi)大型汽輪機(jī)高壓調(diào)門的控制方式普遍采用DEH控制系統(tǒng)，而電--液伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)無疑是其中最重要的組成部分。由于設(shè)備制造工藝不良、材質(zhì)老化、維護(hù)檢修不當(dāng)?shù)仍?，可能?huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)電--液伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡澀問題，嚴(yán)重困擾汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，而且隨著汽輪機(jī)投運(yùn)年限增加，這一矛盾將愈發(fā)尖銳。探索一種能在線處理汽輪機(jī)電--液伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀故障的方法來避免機(jī)組非停已變得勢在必行。

一、設(shè)備原理結(jié)構(gòu)及功能介紹

汽輪機(jī)進(jìn)汽量的多少是通過控制高壓調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)的。而調(diào)節(jié)閥開啟由EH油壓力來驅(qū)動(dòng)，關(guān)閉則是靠操縱座上的彈簧力，兩者平衡就可以維持閥門在某一指定開度。電--液伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能就是控制調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)缸體的油量，即缸體內(nèi)的EH油壓力，進(jìn)而來控制調(diào)節(jié)閥的開度，它的核心部件是伺服閥。

下面將簡要介紹一下伺服閥的原理結(jié)構(gòu)。伺服閥是由一個(gè)力矩馬達(dá)和二級液壓放大及機(jī)械反饋系統(tǒng)組成。第一級液壓放大是雙噴嘴和擋板系統(tǒng)；二級放大是滑閥系統(tǒng)。

當(dāng)有電氣信號由伺服放大器輸入時(shí)，則力矩馬達(dá)中的電磁鐵間的銜鐵上的線圈中就有電流通過，并產(chǎn)生一個(gè)磁場，在兩旁的磁鐵作用下，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)力矩，銜鐵旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)與之相連的擋板轉(zhuǎn)動(dòng)，此擋板伸到兩個(gè)噴嘴中間。在正常穩(wěn)定工況時(shí)，擋板兩側(cè)與噴嘴的距離相等。當(dāng)有電氣信號輸入，銜鐵帶動(dòng)擋板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則擋板移近一只噴嘴，使這只噴嘴的泄油面積變小，流量變小，噴嘴前的油壓變高，而對側(cè)的噴嘴與擋板間的距離變大，泄油量增大，使噴嘴前的壓力變低，這樣就將原來的電氣信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱囟a(chǎn)生機(jī)械位移信號，再轉(zhuǎn)變?yōu)橛蛪盒盘枺ㄟ^噴嘴擋板系統(tǒng)將油壓放大。擋板兩側(cè)的噴嘴前油壓，與下部活塞的兩個(gè)腔室相通，因此，當(dāng)兩個(gè)噴嘴前的油壓不相等時(shí)，滑閥在壓差的作用下產(chǎn)生位移，滑閥上的凸肩所控制的油口開啟或關(guān)閉，便可控制高壓油由此通向油動(dòng)機(jī)下腔，以開大汽閥的開度，或者將活塞下腔通向回油，使活塞下腔的油泄去，由彈簧力關(guān)小或關(guān)閉汽閥。

伺服閥作為正常運(yùn)行中控制每個(gè)高壓調(diào)門油動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)油和泄油的窗口，若出現(xiàn)中間位卡澀，將會(huì)造成調(diào)門油缸持續(xù)保持在進(jìn)油或泄油狀態(tài)。當(dāng)泄油狀態(tài)時(shí)，調(diào)門將會(huì)一直處于關(guān)閉狀態(tài)；而當(dāng)進(jìn)油狀態(tài)時(shí)，調(diào)門將會(huì)一直處于全開狀態(tài)，在兩種狀態(tài)下，調(diào)門均失去了調(diào)節(jié)功能。

二、在線更換伺服閥存在的危險(xiǎn)因素

1、汽機(jī)高壓調(diào)門汽側(cè)隔離時(shí)的軸系振動(dòng)問題

當(dāng)伺服閥卡澀在進(jìn)油狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)高壓調(diào)門將會(huì)一直處于全開狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)在線更換處理，先得將該閥門的汽側(cè)進(jìn)行隔絕，若直接采用對其油動(dòng)機(jī)缸體隔離泄油的方法來關(guān)閉調(diào)門，由于無法控制調(diào)門的關(guān)閉速度，這樣勢必會(huì)對汽輪機(jī)進(jìn)汽系統(tǒng)形成一次大幅擾動(dòng)沖擊，極有可能引起汽輪機(jī)軸系瞬間受力不平衡而振動(dòng)值超限跳閘；若采用上一級對應(yīng)高壓主汽門進(jìn)行擴(kuò)大隔絕，機(jī)組將會(huì)面臨一個(gè)較長時(shí)間單側(cè)高壓主汽門運(yùn)行的特殊工況，對汽輪機(jī)軸系的承受能力也同樣提出了一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)，尤其是在汽側(cè)隔離過程中，一旦出現(xiàn)操作不當(dāng)，同樣存在造成汽輪機(jī)軸系振動(dòng)值超限跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

2、驗(yàn)證單個(gè)高壓調(diào)門EH油路在線隔離嚴(yán)密性的問題

根據(jù)高壓調(diào)節(jié)門EH油路實(shí)際結(jié)構(gòu)情況可知，要實(shí)現(xiàn)與伺服閥相連的所有油路隔離，取決于壓力油供油門、OPC母管逆止閥、有壓回油母管逆止閥三個(gè)閥門的嚴(yán)密性。EH油壓力高達(dá)14Mpa，若某個(gè)隔離閥門存在內(nèi)漏缺陷，一旦伺服閥解體，必將造成EH油大量外漏，對人身及設(shè)備都要帶來嚴(yán)重的安全隱患。能否在伺服閥解體前驗(yàn)證其油路隔離的嚴(yán)密性，是安全順利開展伺服閥在線更換檢修工作的前提條件。

3、EH油泄漏極易引發(fā)火災(zāi)的問題

由于EH油系統(tǒng)壓力極高，如果發(fā)生泄漏，漏油速度極快，而且 EH油系統(tǒng)毗臨熱體，附近高、中壓缸及供汽管道溫度均高達(dá)600℃，漏油一旦進(jìn)入保溫層極易引發(fā)火災(zāi)，甚至引燃汽機(jī)潤滑油系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)可能造成汽輪機(jī)斷油燒瓦、大軸彎曲的惡性事故。如何應(yīng)急處理EH油系統(tǒng)泄漏，提前做好防火災(zāi)措施，對避免惡性事故的發(fā)生變得尤為重要。

三、檢修更換伺服閥具體控制處理策略

1、更換檢修前準(zhǔn)備

1）、當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽機(jī)高調(diào)門伺服閥卡澀異常后，第一時(shí)間解除該高調(diào)門自動(dòng)控制方式，聯(lián)系熱控人員強(qiáng)制該調(diào)門指令與反饋一致，防止調(diào)門失控而突然大幅開關(guān)；

2）、汽機(jī)由“順閥”切至“單閥”運(yùn)行，最大可能平衡汽機(jī)軸系軸向推力；

3）、保持運(yùn)行高壓調(diào)門適當(dāng)裕度，降機(jī)組負(fù)荷至一半額定出力以下；4）、解除機(jī)組AGC控制，退出汽機(jī)RB、一次調(diào)頻等功能，減少檢修期間其它擾動(dòng)因數(shù)；

5）、由于機(jī)組負(fù)荷較低，投運(yùn)鍋爐燃油系統(tǒng)，做好爐膛應(yīng)急穩(wěn)燃措施；

6）、提前聯(lián)系專業(yè)消防人員到場，并準(zhǔn)備充足消防器材，做好緊急滅火準(zhǔn)備。

2、具體操作過程

1）、先解除與故障高調(diào)門相關(guān)聯(lián)的另一高調(diào)門自動(dòng)控制，手動(dòng)逐漸關(guān)閉該高調(diào)門至0，檢查其它兩個(gè)正常自動(dòng)運(yùn)行高調(diào)門逐漸開大，維持汽機(jī)負(fù)荷、汽壓、軸承振動(dòng)等參數(shù)均穩(wěn)定；

2）、接著解除故障高調(diào)門上一級高壓主汽門自動(dòng)控制，手動(dòng)逐漸關(guān)閉該高壓主汽門至0，檢查其它兩個(gè)正常自動(dòng)運(yùn)行高調(diào)門逐漸開大，維持汽機(jī)負(fù)荷、汽壓、軸承振動(dòng)等參數(shù)均穩(wěn)定；

3）、再就地關(guān)閉故障高調(diào)門油動(dòng)機(jī)進(jìn)油手動(dòng)門，開啟其油缸泄油門進(jìn)行泄壓，同時(shí)檢查該高調(diào)門關(guān)閉到0；

4）、用臨時(shí)壓力表測量故障高調(diào)門油缸油壓已泄至0，解體更換其伺服閥；

5）、故障高調(diào)門伺服閥更換完畢，開啟油動(dòng)機(jī)進(jìn)油手動(dòng)隔絕門，進(jìn)行高調(diào)門傳動(dòng)試驗(yàn)，確認(rèn)活動(dòng)正常；

6）、恢復(fù)過程，先開啟關(guān)閉的高壓主汽門，再手動(dòng)同步逐漸開啟兩個(gè)對應(yīng)關(guān)閉的高壓調(diào)門，檢查其它兩個(gè)正常自動(dòng)運(yùn)行的高壓調(diào)門逐漸關(guān)小，待4個(gè)高壓調(diào)門開度基本一致，將兩個(gè)手動(dòng)控制的高壓調(diào)門均切至自動(dòng)控制方式；

7）、調(diào)整恢復(fù)機(jī)組其它運(yùn)行方式至正常。

3、重點(diǎn)注意事項(xiàng)

1）、在伺服閥檢修期間，若出現(xiàn)大量漏油并無法立即隔絕時(shí)，果斷解除EH油泵備用聯(lián)鎖，停運(yùn)運(yùn)行EH油泵，觸發(fā)汽機(jī)跳閘保護(hù)動(dòng)作，執(zhí)行緊急停機(jī)；

2）、在關(guān)閉高壓主汽門過程中，由于閥門線性較差，可能會(huì)出現(xiàn)閥門突然節(jié)流情況，并引起機(jī)組負(fù)荷瞬間突降，注意加強(qiáng)鍋爐燃燒、汽壓等參數(shù)的調(diào)整，尤其是開關(guān)閥門速度應(yīng)控制緩慢，避免引發(fā)其它事故；

3）、用臨時(shí)壓力表測量故障高調(diào)門油缸油壓已泄至0后方可解體伺服閥，否則應(yīng)停止下一步更換工作，保持故障高調(diào)門關(guān)閉，恢復(fù)其它主汽門、調(diào)門至正常運(yùn)行方式，申請停機(jī)處理；

4）、在汽機(jī)高調(diào)門汽側(cè)隔離操作或單側(cè)主汽門運(yùn)行期間，嚴(yán)密監(jiān)視汽機(jī)參數(shù)，若出現(xiàn)汽機(jī)軸承溫度、軸承振動(dòng)、軸向位移等參數(shù)超限或其它達(dá)到汽機(jī)跳閘保護(hù)動(dòng)作條件時(shí)，應(yīng)確認(rèn)保護(hù)動(dòng)作，否則應(yīng)立即果斷手動(dòng)打閘汽輪機(jī)；

5）、檢修現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置警戒圍欄，防止無關(guān)人員進(jìn)入，并保證有充足的消防人力和器材，隨時(shí)做好緊急滅火準(zhǔn)備，避免火災(zāi)發(fā)生；

6）、如果出現(xiàn)漏油，要及時(shí)徹底地更換被污染的保溫層，避免埋下火災(zāi)隱患。

四、結(jié)束語

在處理汽輪機(jī)高調(diào)門伺服閥卡澀故障時(shí)，只要檢修過程中的危險(xiǎn)因數(shù)分析全面且安全保障措施得當(dāng)，是可以實(shí)現(xiàn)在線更換的。但為了確認(rèn)機(jī)輪機(jī)能否安全運(yùn)行在半側(cè)高壓主汽門隔絕的特殊工況，建議堅(jiān)持定期對汽機(jī)各進(jìn)汽閥門進(jìn)行成組活動(dòng)實(shí)驗(yàn)來提供實(shí)踐依據(jù)；在檢修具體策略中，高調(diào)門伺服閥油路的隔絕借助了兩個(gè)逆止門，這是不太符合有關(guān)安全規(guī)定的，更可靠的隔離方法有待于進(jìn)一步去探索研究。