汽輪機(jī)運(yùn)行中調(diào)速氣門的作用及故障分析

朱利強(qiáng)，寧 波

（陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司，廣東陽春 529600）

0 引言

汽輪機(jī)是發(fā)電廠重要的發(fā)電驅(qū)動(dòng)設(shè)備，需要完成發(fā)電系統(tǒng)中“蒸汽能→機(jī)械能”的轉(zhuǎn)換。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，調(diào)速氣門起到了重要作用。其主要運(yùn)行原理是利用杠桿結(jié)構(gòu)，拉動(dòng)調(diào)速器箱體內(nèi)部密封部件控制氣體瞬時(shí)流量，進(jìn)而保護(hù)和控制汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和生產(chǎn)節(jié)奏。當(dāng)主氣門打開后，滿足質(zhì)量要求的蒸汽經(jīng)過調(diào)速氣門后，再通過噴嘴噴入汽缸形成旋流狀推動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)行，完成從汽輪機(jī)到發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換。因此，汽輪機(jī)的調(diào)速氣門的日常維護(hù)保養(yǎng)需及時(shí)到位，以確保投入運(yùn)行狀態(tài)正常，提高發(fā)電廠的發(fā)電效率，保護(hù)汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 調(diào)速氣門故障時(shí)汽輪機(jī)的異常運(yùn)行現(xiàn)象

1.1 汽輪機(jī)無法實(shí)現(xiàn)正常啟機(jī)

主要原因是汽輪機(jī)在啟機(jī)時(shí)需根據(jù)工藝條件進(jìn)行暖管、暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)及過臨界點(diǎn)和并網(wǎng)投入運(yùn)行的一系列活動(dòng)。汽輪機(jī)主氣門通常采用閘板閥，閥門打開后管道內(nèi)蒸汽便高速流入汽機(jī)，無法實(shí)現(xiàn)精確的控制蒸汽流動(dòng)節(jié)奏。在暖管階段調(diào)速氣門需全部關(guān)閉，使高溫蒸汽停滯在進(jìn)入汽機(jī)前的蒸汽管道內(nèi)，確保管道受熱均勻和充分受熱，保證管道內(nèi)的蒸汽流動(dòng)質(zhì)量。暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)和過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速氣門需根據(jù)汽缸溫度和機(jī)組的各部位運(yùn)行參數(shù)控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量及缸體內(nèi)的其他部件緩慢而均勻受熱、膨脹，形成密閉空間內(nèi)的配合做功。

此時(shí)出現(xiàn)調(diào)速氣門故障后，無法準(zhǔn)確控制蒸汽流動(dòng)節(jié)奏，管道、缸體、轉(zhuǎn)子以及其他部件會(huì)出現(xiàn)受熱不均勻或受熱膨脹不一致，同時(shí)還可能有未達(dá)到溫度和質(zhì)量要求的蒸汽沖入汽機(jī)，造成葉片沖刷。使轉(zhuǎn)子運(yùn)行精度無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制、缸體內(nèi)汽流混亂、各部件受熱膨脹不一致無法準(zhǔn)確配合，產(chǎn)生汽流激振、轉(zhuǎn)子振動(dòng)等異?，F(xiàn)象，使汽輪機(jī)連鎖停機(jī)、無法啟動(dòng)。

1.2 汽輪機(jī)運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)

當(dāng)汽輪機(jī)并網(wǎng)后穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，調(diào)速氣門需根據(jù)發(fā)電機(jī)的發(fā)電入網(wǎng)情況和蒸汽的流量控制汽輪機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷。當(dāng)蒸汽流量穩(wěn)定調(diào)速氣門故障無法正常調(diào)控時(shí)，汽輪機(jī)會(huì)產(chǎn)生在較高或較低負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行無法調(diào)節(jié)，導(dǎo)致汽機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行或低負(fù)荷運(yùn)行，汽機(jī)的各部件產(chǎn)生不同程度磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子飛車，形成設(shè)備運(yùn)行隱患。當(dāng)蒸汽壓力或流量波動(dòng)調(diào)速氣門故障無法調(diào)節(jié)時(shí)，汽機(jī)會(huì)受汽流影響，產(chǎn)生汽流激振形成設(shè)備故障，或者出現(xiàn)汽機(jī)負(fù)荷不斷波動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷波動(dòng)，進(jìn)而影響電網(wǎng)波動(dòng)形成電氣故障。當(dāng)調(diào)速氣門出現(xiàn)調(diào)節(jié)不準(zhǔn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致控制頻率混亂，調(diào)速裝置給定的氣門開度或大或小，使汽輪機(jī)的負(fù)荷無法正確控制，最終使發(fā)電機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生波動(dòng)、影響電網(wǎng)。

1.3 影響運(yùn)行環(huán)境安全

調(diào)速氣門故障時(shí)會(huì)影響汽機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行效果，使部分運(yùn)行參數(shù)異常，點(diǎn)檢員和操作人員會(huì)根據(jù)異常狀況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障排查，造成了人員工作環(huán)境安全隱患。若起機(jī)時(shí)調(diào)速氣門故障，可能會(huì)造成管道或缸體開裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致蒸汽外漏，燙傷人員；若運(yùn)行中調(diào)速氣門漏氣時(shí)，汽流高速通過漏氣部位，會(huì)形成刺耳的哨叫聲，損傷人的聽覺能力；如果停機(jī)時(shí)調(diào)速氣門故障，會(huì)導(dǎo)致缸體內(nèi)不斷有蒸汽流入，無法實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的正常停機(jī)、冷卻降溫，不僅影響檢修效果，還會(huì)造成人員檢修隱患。

2 針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)故障的解決和預(yù)防措施

2.1 杠桿系統(tǒng)故障的預(yù)防和解決措施

調(diào)速氣門上方通常設(shè)有三角架和杠桿系統(tǒng)裝置，通過調(diào)節(jié)油缸拉動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)升降運(yùn)動(dòng)。三角架是油缸推動(dòng)力的傳動(dòng)部件，在日常運(yùn)行和檢修時(shí)，需確保該部件要嚴(yán)禁受外力影響而變形，保持其受力的傳動(dòng)和平衡分配。三角架下方的杠桿系統(tǒng)由拉桿、銅塊滑動(dòng)部件和不銹鋼套組成。其中，銅滑塊和拉桿滑動(dòng)系統(tǒng)需定期維護(hù)并注入高溫潤(rùn)滑脂或鉛粉、四氯化鉬等潤(rùn)滑劑，防止卡死或過度磨損。在拆卸維護(hù)銅滑塊和拉桿時(shí)，需注意保護(hù)好不銹鋼套，嚴(yán)禁產(chǎn)生變形，造成拉桿行程受限，進(jìn)而影響調(diào)速氣門的開閉。

2.2 氣門系統(tǒng)故障的預(yù)防和解決措施

氣門系統(tǒng)由閥碟、閥座和扁擔(dān)梁等部件組成。其中，閥碟分不同的高度采用圓頭鎖緊螺母固定在扁擔(dān)梁上，閥座直接固定在下缸體上。因?yàn)樵摬考\(yùn)行過程中需靈敏的調(diào)節(jié)汽機(jī)的負(fù)荷，并對(duì)密封要求較高，所以閥碟和閥座間采用線形密封，以提高運(yùn)行精度。運(yùn)行中，根據(jù)負(fù)荷變化情況調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥碟的開閉數(shù)量和開度，要確保負(fù)荷和閥的開度匹配一致，避免汽流反做功，造成閥碟或閥座的磨損。

檢修時(shí)，要定期檢查閥碟、閥座的磨損情況，并核算調(diào)門的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)比例。

首先，檢查閥碟與閥座的配合密封情況和有無裂紋，采用涂紅丹粉的方法和著色探傷法，確保密封良好，密封線寬度要控制在3 mm 以內(nèi)，若超出需及時(shí)調(diào)整（需采用自由落體法研磨技術(shù)）。

其次，檢查閥碟鎖緊螺母球頭是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，有無需扁擔(dān)梁卡阻現(xiàn)象。如果有卡阻現(xiàn)象，需要及時(shí)更換球頭螺母。

最后，檢查閥座是否開裂過松動(dòng)。如果出現(xiàn)開裂或松動(dòng)應(yīng)及時(shí)修復(fù)，嚴(yán)禁完成松動(dòng)后產(chǎn)生的機(jī)械磨損現(xiàn)象。

松動(dòng)處理需采用高性能焊條焊接，焊接前需對(duì)閥座進(jìn)行找平、找正，焊接后做好熱處理和保溫措施，謹(jǐn)防出現(xiàn)裂紋，影響密封效果。

3 結(jié)論

調(diào)速氣門故障是汽輪機(jī)運(yùn)行中常見問題因素之一，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行危害較高。因此，需采用合理、科學(xué)的方法，有效控制汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行條件和工況，避免或減小調(diào)門故障問題的出現(xiàn)。做好日常的檢修、維護(hù)工作，提高檢修綜合能力。當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)等異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)有效判斷異常因素產(chǎn)生的原因，及時(shí)檢查汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，并根據(jù)檢查情況制定相應(yīng)處理措施，提高汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行使用壽命，創(chuàng)造高效生產(chǎn)率。