328.5MW機(jī)組高壓、中壓主汽門快關(guān)時間超標(biāo)問題的處理

谷 偉

（天津大港發(fā)電廠）

0 引言

汽輪機(jī)“二十五項反事故措施”中對高溫高壓汽輪機(jī)組蒸汽閥門快關(guān)時間有嚴(yán)格的規(guī)定和要求，蒸汽閥門快關(guān)時間超標(biāo)將嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是機(jī)組在非正常停機(jī)的工況下易造成機(jī)組超速。我廠4號機(jī)組在2016年度進(jìn)行通流改造前試驗時發(fā)現(xiàn)高壓主汽門和中壓主汽門的快關(guān)時間超標(biāo)（見表1）。

表 1

從表 1中可以看出蒸汽閥門快關(guān)時間由延遲時間和純快關(guān)時間兩部分組成的。只有縮短延遲時間和純快關(guān)時間以達(dá)到總快關(guān)時間小于300ms的要求。

1 高壓主汽門

高壓主汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱座為單只彈簧結(jié)構(gòu)，彈簧解體后測量彈簧幾何尺寸數(shù)據(jù)如下：

鋼絲直徑d=φ 52mm，中徑D=φ 400mm，右旋；自由高度Lz=655mm，彈簧總?cè)?shù)Nz=5.5，彈簧有效圈數(shù)No=4，彈簧材料50CrVA。

根據(jù)以上彈簧有關(guān)數(shù)據(jù)計算該彈簧的理論剛度：

式中，P理為彈簧理論剛度，kgf/mm；d為彈簧鋼絲直徑，mm；D為彈簧中徑，mm；No為彈簧的有效圈數(shù)。

經(jīng)計算該彈簧的理論剛度為：28.6kgf/mm。

將該彈簧送至天津大學(xué)力學(xué)研究所試驗，實測彈簧剛度為：P=29.8kgf/mm。誤差在5%以內(nèi)，彈簧受力情況可按測試剛度進(jìn)行計算。

高主彈簧預(yù)壓縮行程30mm，預(yù)緊力：F預(yù)=P×L=29.8kgf/mm×30mm=894kgf。

高主油動機(jī)行程179mm，工作壓縮總行程179+30=209mm。

對應(yīng)工作緊力：F總=P×L總=29.8kgf/mm×209=6228kgf。

工作緊力下剪切應(yīng)力：

中壓主汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱座為雙只組合彈簧結(jié)構(gòu)，彈簧解體后測量彈簧幾何尺寸數(shù)據(jù)如下。

（1）大彈簧數(shù)據(jù)

鋼絲直徑d=φ 58mm，中徑D=φ 497mm，右旋；自由高度Lz=515mm，彈簧總?cè)?shù)Nz=4.5。彈簧有效圈數(shù)No=3.0，彈簧材料：50CrVA。

根據(jù)以上彈簧有關(guān)數(shù)據(jù)計算該彈簧的理論剛度：

式中，P理為彈簧理論剛度，kgf/mm；d為彈簧鋼絲直徑，mm；D為彈簧中徑，mm；n為彈簧的有效圈數(shù)。

經(jīng)計算該彈簧的理論剛度為：30.7kgf/mm。

將該彈簧送至天津大學(xué)力學(xué)研究所試驗，實測彈簧剛度為：P=30.9kgf/mm。誤差在1%以內(nèi)，彈簧受力情況可按測試剛度進(jìn)行計算。

中主大彈簧預(yù)壓縮行程30mm，預(yù)緊力：F預(yù)=P×L=30.9kgf/mm×30mm=927kgf。

中主油動機(jī)行程160mm，工作壓縮總行程160+30=190mm。

對應(yīng)工作緊力：F總=P×L總=30.7kgf/mm×190=5871kgf。

工作緊力下剪切應(yīng)力：

工作緊力下剪切應(yīng)力T剪=47.8kgf/mm2。

（2）小彈簧數(shù)據(jù)

鋼絲直徑 d=45mm，中徑 D=φ 370mm，左旋；自由高度Lz=511mm，彈簧總?cè)?shù)Nz=5.5圈，彈簧有效圈數(shù)No=4.0，彈簧材料50CrVA。

式中，P理為彈簧理論剛度，kgf/mm；d為彈簧鋼絲直徑，mm；D為彈簧中徑，mm；No為彈簧的有效圈數(shù)。

經(jīng)計算該彈簧的理論剛度為：20.3kgf/mm。

將該彈簧送至天津大學(xué)力學(xué)研究所試驗，實測彈簧剛度為：P=21kgf/mm。誤差在1%以內(nèi)，彈簧受力情況可按測試剛度進(jìn)行計算。

中主小彈簧預(yù)壓縮行程30mm，預(yù)緊力：F預(yù)=P×L=30.9kgf/mm×30mm=927kgf。

中主油動機(jī)行程160mm，工作壓縮總行程160+30=190mm。

對應(yīng)工作緊力：F總=P×L總=21kgf/mm×190=3990kgf。

工作緊力下剪切應(yīng)力：

工作緊力下剪切應(yīng)力T剪=51.6kgf/mm2。

（3）中主組合彈簧預(yù)緊力

927+630=1557kgf

工作緊力合計：5871+3990=9861kgf。

2 快關(guān)時間分析

從快關(guān)測試報告看，4號機(jī)組高主和中主油動機(jī)快關(guān)時間均不達(dá)標(biāo)?？礻P(guān)時間指的是由遮斷信號發(fā)出起始到油動機(jī)關(guān)閉為止的時間，快關(guān)時間包含滯后時間（電氣延時）和油動機(jī)純快關(guān)時間，滯后時間由熱工電氣部分決定，純快關(guān)時間由以下三方面因素決定：彈簧的剛度和緊力；油缸的缸徑和行程；油動機(jī)的排油通道。

高主油動機(jī)和中主油動機(jī)均為推缸型式，缸徑均為φ 180mm，活塞桿直徑d= φ 90mm，高主行程179mm，中主行程 160mm，卸載閥均為大通徑盤式卸載閥，排油通道相同。

從測試試驗報告來比較高主和中主油動機(jī)的純快關(guān)時間，分析影響快關(guān)的主要因素可得出以下結(jié)論：

1）高主和中主缸徑相同，行程相當(dāng)，高主為單彈簧操縱座，預(yù)緊力和工作緊力均比使用雙彈簧的中主要小，因此高主純快關(guān)時間為180ms，而中主僅為130ms，可見加大彈簧緊力是可以加快油動機(jī)快關(guān)速度的。

2）加大操縱座緊力可以在操作座上加墊塊來實現(xiàn)，但必須滿足兩個條件：彈簧不并圈、剪應(yīng)力不超限。

3 方案

1）高主彈簧加墊厚度30mm，緊力增加900kgf。

彈簧工作緊力壓縮量達(dá)：239mm，彈簧并圈壓縮量為 369mm，可見不會并圈。加墊后工作緊力（閥門全開狀態(tài)）下的剪應(yīng)力T=64.6kgf/mm2。剪切應(yīng)力沒有超過75kgf/mm2的設(shè)計準(zhǔn)則，加墊增加緊力提高快關(guān)速度是可行的。應(yīng)力水平不超限。

2）中主彈簧加墊厚度 20mm：兩根彈簧增加緊1030kgf，彈簧工作緊力壓縮量達(dá)220mm，彈簧并圈壓縮量為318mm，可見不會并圈。加墊后大小彈簧工作緊力（閥門全開狀態(tài)）下的剪應(yīng)力T=57.6kgf/mm2。剪切應(yīng)力沒有超過75kgf/mm2的設(shè)計準(zhǔn)則；加墊增加緊力提高快關(guān)速度是可行的，應(yīng)力水平不超限。

3）EH系統(tǒng)壓力為11.2MPa，高主、中主油缸缸徑為180mm，油缸出力29t，加墊每個操縱座增加力大約為1t，相對油缸29t的出力大約為3%，油動機(jī)提升力足夠滿足要求。

4）在油動機(jī)排油腔增加低壓蓄能器：由于高主和中主油動機(jī)均為推缸，油動機(jī)快關(guān)時無桿腔的油通過卸荷閥一部分回到有桿腔，多余部分通過回油管回油箱，由于回油管管道冗長，造成油動機(jī)快關(guān)排油背壓偏高也會影響油動機(jī)的快關(guān)速度，工程上一般采用在鄰近卸荷閥排油口增加低壓蓄能器的方式來降低排油背壓，加快油動機(jī)的關(guān)閉速度；經(jīng)計算在4號機(jī)組高主、中主每個油動機(jī)卸荷閥出口增加一個 1.6L的低壓蓄能器。

4 結(jié)束語

通過以上改造4號機(jī)組的快關(guān)測試表明，快關(guān)時間符合要求，達(dá)到了改造的目的。表2為改造后的測試數(shù)據(jù)（2016.05.31）。

表 2

[1] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊：第 2卷[M]. 3版.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

[2] 李小龍, 張彥勇, 馮鶴, 等. 高壓輸電線路對接地阻抗測試結(jié)果的影響試驗[J]. 電工文摘, 2016(5)： 9-13.

[3] 蔡健, 董嘯, 鐘智. 高壓輸電線路安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與通信技術(shù)研究[J]. 電工文摘, 2015(6)： 18-19, 25.