汽輪機管道閥門及維修策略探析

楊澤

摘 要：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)主汽閥開度，實現(xiàn)對汽輪機轉(zhuǎn)速、功率、負荷變化、蒸汽需求等指標的調(diào)控。文章從汽輪機管道閥門結(jié)構(gòu)入手，圍繞油控跳閘閥動作邏輯錯誤、油動機緩沖裝置堵塞、油控跳閘閥管線堵塞、主汽閥部件卡澀、再熱閥卡澀五個層面，探討了汽輪機管道閥門故障原因及維修策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：核電汽輪機；管道閥門；主汽閥；故障維修

中圖分類號：TK268 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0129-02

Abstract： By adjusting the opening of the main steam valve， the steam turbine regulation system can regulate and control the speed， power， load change and steam demand of the steam turbine. Starting with the valve structure of steam turbine pipeline， this paper focuses on five aspects： action logic error of oil control trip valve， blockage of oil motor buffer device， pipeline blockage of oil control trip valve， main steam valve component jam， and reheat valve jam. The failure causes and maintenance strategies of steam turbine pipeline valves are discussed for reference.

Keywords： nuclear turbine； pipeline valve； main steam valve； fault maintenance

引言

汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)依據(jù)汽機負荷控制邏輯獲得閥門開度指令，將其電流信號經(jīng)由控制系統(tǒng)傳送至伺服放大器中，借助開度指令信號獲得比例方向閥位置反饋，用以調(diào)控主調(diào)閥閥門進油，實現(xiàn)對汽輪機管道閥門開度情況的控制。倘若汽輪機管道閥門出現(xiàn)故障將直接影響到汽輪機運行安全，如何采取有效維修策略值得我們進行探討。

1 汽輪機管道閥門結(jié)構(gòu)分析

1.1 主汽閥結(jié)構(gòu)

汽輪機主汽閥位于汽輪機入口、主蒸汽隔離閥下游位置，用于隔離核島蒸汽進入到汽輪機內(nèi)，承擔著主調(diào)節(jié)閥的輔助功能。主汽閥主要由旋啟式蝶板閥、碗型密封、液壓驅(qū)動機構(gòu)等部分組成，其蝶板閥固定在閥軸處，經(jīng)由連桿實現(xiàn)與油動機的連接，通過油動機的活塞動作對閥軸產(chǎn)生驅(qū)動力，使閥軸呈90°旋轉(zhuǎn)。閥軸上的碗型密封用于防止蒸汽泄漏至驅(qū)動端，利用端蓋實現(xiàn)閥門非驅(qū)動端的密封，閥軸端部的高壓汽腔與油控跳閘閥相連接，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 主汽閥運行過程

油控跳閘閥在汽輪機組掛閘前處于開啟狀態(tài)，此時主汽閥非驅(qū)動端尚未形成高壓汽腔，位于閥軸上的碗型密封保持松弛，核島蒸汽經(jīng)由軸間隙泄漏到驅(qū)動端外。當汽輪機組掛閘時開啟主汽閥，待其處于全開狀態(tài)時關(guān)閉油控跳閘閥，以此形成高壓汽腔，并推動閥軸向驅(qū)動端移動，此時碗型密封處于壓緊狀態(tài)下，即阻止蒸汽向外泄漏。在汽輪機組打閘后，油控跳閘閥先于主汽閥動作，使汽腔壓力向外泄出，此時碗型密封恢復至原有松弛狀態(tài)，將主汽閥關(guān)閉[1]。

2 汽輪機管道閥門故障原因及維修策略探討

2.1 油控跳閘閥動作邏輯錯誤

在管道閥門處于無蒸汽狀態(tài)下時，選取壓力表安裝在油動機測壓口觀察數(shù)據(jù)變化情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明在開啟主汽閥時壓力數(shù)值為2MPa，在主汽閥到達全開狀態(tài)下時壓力數(shù)值為7MPa；在關(guān)閉油控跳閘閥時壓力數(shù)值為2MPa，當其到達全關(guān)狀態(tài)下時壓力數(shù)值為4MPa。在有蒸汽狀態(tài)下啟動管道閥門，在掛閘時主汽門平衡閥迅速打開，使主汽門壓力處于平衡狀態(tài)，此時尚未形成軸端壓力，主汽閥開啟所需液壓與無蒸汽狀態(tài)下持平。伴隨閥門的開啟，閥芯內(nèi)部蒸汽壓力逐漸減小，待主汽閥壓力為7MPa時到達全開狀態(tài)，而油控跳閘閥當壓力為2MPa時閥門開始關(guān)閉且開度逐漸減小，此時閥芯所受的蒸汽反作用力持續(xù)增大，導致液壓油所需克服阻力持續(xù)增大，此時閥門到達全關(guān)狀態(tài)下所需油壓的計算公式為：

4+252/402×7.6=7.0MPa

在打閘過程中，油壓在不計摩擦力影響下于14MPa時開始下降，在回油作用的影響下油控跳閘閥在8MPa時開啟、在5MPa時全開。鑒于此時閥軸處于壓緊狀態(tài)，受到一定的旋轉(zhuǎn)阻力影響，因此在閥門關(guān)閉時油壓應小于7MPa，導致油控跳閘閥在主汽閥動作前發(fā)出動作，進而使得主汽門軸端高壓蒸汽卸壓，在300ms時間內(nèi)關(guān)閉主汽門。但在汽輪機組實際運行的過程中，油控跳閘閥所受的摩擦力是不可忽視的，導致打閘時油控跳閘閥未能先于主汽閥動作，引發(fā)主汽閥卡澀等問題。在進行維修處理時可以選取LESLIE閥門完成油控跳閘閥換型，配合？椎60×48×6不銹鋼縮頸蒸汽管道、？椎16×3不銹鋼油管道，依據(jù)機組現(xiàn)場空間走向完成管道布設，將機組閥門豎直安裝，優(yōu)化油控跳閘閥的使用性能。

2.2 油動機緩沖裝置堵塞

在機組打閘時，主汽閥油動機緩沖裝置內(nèi)部的活塞下腔室EH油經(jīng)由有壓回油管進行泄油，到達活塞行程末端時利用圓柱封堵回油口，余下EH油經(jīng)由緩沖裝置完成緩慢泄油，實現(xiàn)對活塞的保護。待閥門處于全關(guān)狀態(tài)下時，油動機活塞余下6.5mm的空行程。倘若在泄油管內(nèi)含有雜物，將極有可能在泄油過程中堵塞緩沖裝置孔洞，阻礙EH油排出，進而使得閥門在活塞最末行程難以正常關(guān)閉。因此在維修時應先針對油動機進行解體，檢查其內(nèi)部有無雜物、油道是否清潔，測試緩沖裝置能否正常開度，并利用酒精進行油道、部件的清洗，測量活塞空行程是否滿足設計要求，防范油動機緩沖裝置出現(xiàn)油孔堵塞問題。

2.3 油控跳閘閥管線堵塞

在機組打閘時油控跳閘閥隨之而打開，將主汽閥軸端的高壓蒸汽向凝汽器輸送，倘若該排汽管線出現(xiàn)堵塞問題將導致軸端無法泄壓，閥軸、碗型密封保持壓緊，加大了閥門關(guān)閉時所受到的阻力。此時由于主調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)下，其閥板兩端壓力趨于平衡，因彈簧力難以克服閥軸圓周方向阻力，導致主汽閥無法實現(xiàn)完全關(guān)閉。在進行維修時應將位于油控跳閘閥下部的電動閥法蘭脫開，針對壓縮空氣管道進行吹掃，防范管線中存在堵塞問題，以此保障油控跳閘閥排汽管線的暢通。

2.4 主汽閥部件卡澀

將主汽閥進行解體檢修，常見油控跳閘閥端蓋與閘板搖臂、閥軸間出現(xiàn)明顯摩擦痕跡，由此說明主汽閥部件存在卡澀問題，其卡澀原因主要包含動作邏輯錯誤、閥內(nèi)部件尺寸與軸向預留膨脹間隙不匹配、閥軸兩端支撐與中間軸套不同心等。在進行維修時應注重調(diào)整軸向預留膨脹間隙，依據(jù)閥軸材質(zhì)、線膨脹系數(shù)、閥軸向非驅(qū)動端膨脹有效長度、溫度變化以及其他部件等因素進行熱膨脹量計算，確保預留合理的熱膨脹間隙。在現(xiàn)場檢修時應先拆除非驅(qū)動端端蓋，利用千斤頂使閥軸向驅(qū)動端移動，待碗型密封壓緊后將端蓋復原，依照設計要求進行螺栓擰緊，通過模擬運行工況測試其維修效果。在應對軸套不同心問題時，應選取激光儀作為測量儀器，在抽出閥軸后將閥芯搖臂、推動連桿拆除，將其他部件進行回裝，并將激光發(fā)射源固定在閥體一側(cè)，使其到達軸孔中心，將二維激光接收器固定在軸套口部位置，保障激光接收器窗口可接收到激光光束，并利用數(shù)據(jù)接收終端讀取參數(shù)位置，通過不斷調(diào)整保障四個軸套同心度良好，以此解決閥門、部件卡澀問題[2]。此外，還可以針對非驅(qū)動端搖臂端面進行銑削加工，待完成加工后進行閥門組裝，保障軸系膨脹間隙？叟5mm，以此解決主汽閥部件的摩擦、卡澀問題。

2.5 再熱閥卡澀

再熱閥卡澀的主要原因是軸承抱死，對此可采用以下幾種方法進行維修處理：其一是安裝蒸汽隔熱屏、漏汽收集與疏導系統(tǒng)，在閥軸處采用盤根密封方法隔離蒸汽，減輕高溫蒸汽對軸承影響，借助SEK系統(tǒng)引走漏汽、疏水；其二是更換驅(qū)動端軸承，增添其定位功能，并將滾柱軸承替換為雙列圓錐滾子軸承，防范閥軸偏移、竄動；其三是更換耐溫等級高的油脂，防止油脂出現(xiàn)劣化問題；其四是拆除汽室保溫裝置，在非驅(qū)動端汽室、閥軸端部安裝散熱肋板，加強對流散熱，并在汽室安裝柵格防護罩，以此降低軸承運行環(huán)境溫度，優(yōu)化散熱效果。

3 結(jié)束語

總而言之，當前智能型氣動閥已在汽輪機組中得到了廣泛的應用，相應也對于管道閥門的故障診斷技術(shù)提出了更高的要求。因此還應采用先進技術(shù)手段進行汽輪機管道閥門故障的診斷，實現(xiàn)故障排除與預防性維修的有效落實，進一步降低維修成本、縮短檢修工期，為核電汽輪機組的可靠運行提供保障。

參考文獻：

[1]吳松林，陳湛楊.核電汽輪機閥門性能診斷實踐及改進[J].科技視界，2018（14）：49-50.

[2]孫振平，周李軍，李慶華，等.某新型核電汽輪機再熱閥卡澀問題的研究[J].熱力透平，2016，45（04）：319-322.