某型燃?xì)廨啓C(jī)空氣截止閥故障分析及處理

賈新旺，蔡其波，王蓬蕙

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第703研究所 無(wú)錫分部，江蘇 無(wú)錫　214151)

燃?xì)廨啓C(jī)因其具有功率密度大、質(zhì)量小、可靠性高等特點(diǎn)[1]，而被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、艦船、管道增壓等領(lǐng)域。獲得更高的燃?xì)廨啓C(jī)效率一直是人們努力的方向，但由于燃?xì)廨啓C(jī)效率很大程度上取決于渦輪進(jìn)口溫度，而目前提高渦輪進(jìn)口溫度主要有兩個(gè)途徑：一是不斷研制新的耐高溫合金材料；二是改進(jìn)冷卻技術(shù)，針對(duì)渦輪零件溫度分布情況，有效的組織冷卻系統(tǒng)，以改善零件工作條件。

空氣截止閥作為冷卻系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，若其發(fā)生故障，將會(huì)導(dǎo)致渦輪葉片溫度驟升，縮小渦輪葉尖徑向運(yùn)動(dòng)間隙，嚴(yán)重影響燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性、安全性和耗油率等。[2]因而在出現(xiàn)空氣截止閥故障時(shí)，必須及時(shí)有效的排除故障，以保證燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行。

1　空氣截止閥結(jié)構(gòu)

空氣截止閥是由殼體、軸、活門及傳動(dòng)組件構(gòu)成，如圖1所示。其工作原理是：用引壓管連接高壓壓氣機(jī)后機(jī)匣與空氣截止閥的進(jìn)口管接頭。隨空氣截止閥進(jìn)口管接頭的壓力變化，活塞開(kāi)始移動(dòng)，搖臂把活塞的直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)化為軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始打開(kāi)活門，連通用于冷卻渦輪徑向間隙的空氣管道。當(dāng)進(jìn)口管接頭的空氣壓力達(dá)到一定大小時(shí)，到壓力開(kāi)關(guān)的通道開(kāi)啟。隨著進(jìn)口空氣壓力進(jìn)一步提高，活門達(dá)到最終完全開(kāi)啟位置，壓力開(kāi)關(guān)接通。當(dāng)壓力降低時(shí)，由于彈簧的彈性，使得活門逐漸關(guān)閉。

1-復(fù)位彈簧；2-彈簧導(dǎo)向件；3-搖臂；4-去壓力開(kāi)關(guān)；5-活塞；6-進(jìn)口管接頭；7-活門；8-軸；9-用于調(diào)節(jié)高壓渦輪徑向間隙。圖1　空氣截止閥結(jié)構(gòu)

2　空氣截止閥信號(hào)控制

某型燃?xì)廨啓C(jī)在提高功率時(shí)，自進(jìn)口管接頭來(lái)的壓縮空氣推動(dòng)活塞克服彈簧彈性移動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)高壓壓氣機(jī)后空氣壓力達(dá)到一定大小時(shí)，3個(gè)壓力開(kāi)關(guān)(A01～A03)接通，表明空氣截止閥已開(kāi)啟，同時(shí)監(jiān)控裝置接通“截止閥開(kāi)啟”信號(hào)燈，但若其中任何一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)未接通，則監(jiān)控裝置不會(huì)得到“截止閥開(kāi)啟”的信號(hào)，控制電路示意圖如圖2。當(dāng)高壓壓氣機(jī)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，若監(jiān)控裝置仍然沒(méi)有接收到截止閥開(kāi)啟信號(hào)，則會(huì)自動(dòng)引發(fā)降工況保護(hù)程序，以防止燃?xì)廨啓C(jī)安全性、可靠性及耗油率出現(xiàn)問(wèn)題。

圖2　控制電路示意圖

3　故障因素及處理措施

3.1故障因素

根據(jù)以上對(duì)空氣截止閥結(jié)構(gòu)、控制電路的分析，發(fā)現(xiàn)引起空氣截止閥故障的主要因素有復(fù)位彈簧力矩過(guò)大、傳動(dòng)組件摩擦力過(guò)大、壓力開(kāi)關(guān)靈敏度等，這些因素均與空氣截止閥的結(jié)構(gòu)、控制電路有關(guān)，具體因素,如圖3所示。

圖3　空氣截止閥故障因素

各故障因素引起原因或結(jié)果如下。

1)復(fù)位彈簧預(yù)緊力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致需要的壓縮空氣壓力增大，延遲壓力開(kāi)關(guān)接通時(shí)間。

2)傳動(dòng)組件摩擦力過(guò)大，導(dǎo)致空氣壓力小于復(fù)位彈簧彈力和摩擦力的合力，截止閥打開(kāi)速度減慢。

3)傳動(dòng)組件卡澀。導(dǎo)致卡澀的主要因素有導(dǎo)向件、活塞、搖臂等變形，裝配偏差或者使用的潤(rùn)滑脂不當(dāng)。

4)管接頭漏氣，致使推動(dòng)活塞移動(dòng)的壓縮空氣壓力減小。

5)壓力開(kāi)關(guān)靈敏度低，導(dǎo)致即使空氣壓力達(dá)到接通值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)仍然會(huì)偶發(fā)異常。

6)控制線路問(wèn)題，線纜出現(xiàn)斷裂破損。

7)監(jiān)控裝置故障，監(jiān)控裝置采集或輸出信號(hào)功能損壞。

3.2常用處理方法

該型空氣截止閥出現(xiàn)故障時(shí)，常用的處理方法如下。

1)減小傳動(dòng)組件摩擦力或者復(fù)位彈簧預(yù)緊力。主要方法有調(diào)整復(fù)位彈簧預(yù)緊力；選擇更好的潤(rùn)滑脂，減小摩擦力；提高裝配質(zhì)量；更換變形零部件。

2)檢查控制線路有無(wú)斷裂，并外觀檢查是否有破損情況。

3)短接壓力開(kāi)關(guān)插頭，判斷壓力開(kāi)關(guān)有無(wú)問(wèn)題。

4)更換對(duì)應(yīng)該截止閥信號(hào)采集或輸出的監(jiān)控裝置板卡。

4　故障案例

某型燃?xì)廨啓C(jī)在升工況過(guò)程中，由于監(jiān)控裝置未接收到空氣截止閥全部打開(kāi)信號(hào)，導(dǎo)致降工況保護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在出現(xiàn)降工況報(bào)警的第一時(shí)間，及時(shí)觀察確認(rèn)3個(gè)空氣截止閥都是由全部開(kāi)啟狀態(tài)隨降工況過(guò)程直至關(guān)閉。技術(shù)人員外觀檢查線纜無(wú)破損，插頭無(wú)松動(dòng)，并確認(rèn)管接頭未漏氣后，初步懷疑有兩個(gè)可能性：①截止閥復(fù)位彈簧安裝問(wèn)題，導(dǎo)致截止閥開(kāi)啟后，復(fù)位彈簧向初始狀態(tài)恢復(fù),活塞反向移動(dòng)，逐步關(guān)閉空氣截止閥；②壓力開(kāi)關(guān)不靈敏,導(dǎo)致監(jiān)控裝置未及時(shí)接收到信號(hào)。

再次升工況至截止閥打開(kāi)后，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員首先用扳手加力，確保截止閥實(shí)際位置一直處于打開(kāi)狀態(tài)，約5 min后，再次出現(xiàn)降工況報(bào)警。因而可以排除空氣截止閥本體問(wèn)題。

為了進(jìn)一步確定另一種可能性，技術(shù)人員短接其中一個(gè)開(kāi)關(guān)插頭后，提升燃?xì)廨啓C(jī)功率,燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行了幾個(gè)小時(shí),說(shuō)明確為其中一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)故障。但幾個(gè)小時(shí)之后，故障再次出現(xiàn)，技術(shù)人員再次短接另一壓力開(kāi)關(guān)插頭之后，故障未再出現(xiàn)。

由于燃?xì)廨啓C(jī)在全封閉的箱裝體中運(yùn)行時(shí)，機(jī)匣輻射及法蘭處泄漏的熱空氣會(huì)使箱裝體內(nèi)溫度急劇升高[3]，因而現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員頻繁進(jìn)入箱裝體內(nèi)，必然會(huì)經(jīng)受惡劣環(huán)境影響。因此，提出4個(gè)改進(jìn)措施。

1)提高壓力開(kāi)關(guān)可靠性，加大高溫耐久性打壓試驗(yàn)強(qiáng)度。[4]

2)空氣截止閥傳動(dòng)組件涂抹適量的耐高溫潤(rùn)滑脂，減小傳動(dòng)組件摩擦力。

3)提高復(fù)位彈簧安裝質(zhì)量。

4)更改3個(gè)壓力開(kāi)關(guān)的連接方式，從而提高故障排除效率。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合故障案例分析了該型燃?xì)廨啓C(jī)空氣截止閥故障因素及常用處理措施，詳細(xì)說(shuō)明了故障排除過(guò)程，并提出部分改進(jìn)措施，以降低故障發(fā)生頻率和排除故障的復(fù)雜程度，減小高溫高噪聲環(huán)境對(duì)技術(shù)人員的職業(yè)健康影響，具有較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)意義。