汽輪機(jī)組調(diào)門(mén)擺動(dòng)原因分析及處理措施

張 江

（青海投資集團(tuán)公司，青海西寧 810000）

1 汽輪機(jī)組概況

青海橋頭鋁電股份有限公司發(fā)電分公司3#機(jī)組是上海汽輪機(jī)廠制造的N125—13.24/535/535 改進(jìn)型汽輪機(jī)組，該機(jī)組將原有的旋轉(zhuǎn)阻尼液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進(jìn)為純電液調(diào)整（DEH）系統(tǒng)，汽輪機(jī)組DEH 系統(tǒng)工作原理：汽輪機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，汽輪機(jī)電動(dòng)調(diào)速油泵，調(diào)速系統(tǒng)各電磁閥復(fù)位，調(diào)速油泵壓力油通過(guò)啟動(dòng)裝置節(jié)流孔先后建立安全油、啟動(dòng)油，開(kāi)啟高中壓主汽門(mén)，主汽門(mén)開(kāi)啟，同時(shí)旋轉(zhuǎn)阻尼形成的一次油壓到放大器建立二次油壓，二次油壓到流量放大器形成三次油壓，三次油壓（DDV 油壓）到控制調(diào)門(mén)的各油動(dòng)機(jī)，由油動(dòng)機(jī)開(kāi)啟各調(diào)門(mén)，汽輪機(jī)組沖轉(zhuǎn)帶負(fù)荷。汽輪機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力油由主油泵供給，電動(dòng)調(diào)速油泵停止運(yùn)行，投入聯(lián)動(dòng)狀態(tài)。

3#機(jī)電動(dòng)調(diào)速油泵型號(hào)150Y-150A，主要參數(shù)：允許汽蝕余量4.5 m，揚(yáng)程130 m，流量186 m3/h，轉(zhuǎn)速2950 r/min，軸功率147 kW，配用功率132 kW。汽輪機(jī)電動(dòng)調(diào)速油泵的主要任務(wù)是汽輪發(fā)電機(jī)組啟停時(shí)代替主油泵提供足夠的壓力和溫度合格的調(diào)速油和潤(rùn)滑油（圖1），同時(shí)在機(jī)組停機(jī)或啟動(dòng)時(shí)，向盤(pán)車(chē)裝置供油。

圖1 電動(dòng)調(diào)速油泵工作原理

機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)，調(diào)速油泵出口的壓力油通過(guò)Ⅰ，Ⅱ級(jí)注油器攜帶主油箱的透平油形成調(diào)速油壓和潤(rùn)滑油壓，調(diào)速油經(jīng)過(guò)調(diào)速油路濾網(wǎng)供給調(diào)速系統(tǒng)，潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)冷油器向機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)供油。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)調(diào)速油系統(tǒng)的正常工作對(duì)于保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行具有重要作用。如果調(diào)速油系統(tǒng)的調(diào)速油不穩(wěn)定，將會(huì)對(duì)設(shè)備的安全造成威脅，存在較大安全隱患。

2 問(wèn)題

3#汽輪機(jī)組投產(chǎn)于1999 年9 月，從2009 年底起，機(jī)組運(yùn)行人員對(duì)電動(dòng)調(diào)速油泵進(jìn)行定期（每月每周二）試驗(yàn)時(shí)，電動(dòng)調(diào)速油壓間斷性的出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，到2010 年下旬時(shí)，電動(dòng)調(diào)速油泵試驗(yàn)時(shí)的油壓擺動(dòng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，調(diào)速油壓主要集中在（1.24～1.28）MPa 范圍內(nèi)擺動(dòng)；油壓擺動(dòng)會(huì)引起汽輪機(jī)調(diào)門(mén)擺動(dòng)，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化，最后造成汽輪機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)。汽輪機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)時(shí)間從開(kāi)始到結(jié)束持續(xù)約10 s，汽輪機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)量最大5000 kW/h；較大的擺動(dòng)現(xiàn)象嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 原因分析

3#汽輪機(jī)組電動(dòng)調(diào)速油泵輸出的額定油壓力為1.176 MPa，同類(lèi)汽輪機(jī)組在正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的實(shí)際調(diào)速油壓為1.2 MPa；調(diào)速油壓擺動(dòng)范圍（1.24～1.28）MPa，調(diào)速油泵輸出的油壓高出調(diào)速油泵額定油壓（0.064～0.104）MPa。汽輪機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)主油泵供給的調(diào)速油壓為1.2 MPa，調(diào)速油泵輸出的壓力過(guò)高，對(duì)運(yùn)行調(diào)速油壓有個(gè)壓差沖擊，造成正常運(yùn)行的汽輪機(jī)組調(diào)速油壓擺動(dòng)，影響汽輪機(jī)組的負(fù)荷。因此，分析影響汽輪機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)的因素是汽輪機(jī)組電動(dòng)調(diào)速油泵出口壓力偏高。

4 解決方案

4.1 準(zhǔn)備工作

（1）根據(jù)各種因素制訂相應(yīng)的處理措施、方案。

（2）查閱設(shè)備檢修規(guī)程，做好技術(shù)記錄。

（3）準(zhǔn)備好必要的量具，工器具（游標(biāo)卡尺600 mm）。

（4）組織班組工作人員認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)備的檢修工藝和質(zhì)量要求。

4.2 處理方案

（1）根據(jù)對(duì)調(diào)速油泵油壓擺動(dòng)分析出的主要因素制定處理措施，主要因素是調(diào)速油泵的輸出油壓偏高，只要降低調(diào)速油泵的輸出油壓，就能穩(wěn)定油壓。

（2）3#機(jī)組調(diào)速油泵是單吸式離心泵，根據(jù)單吸式離心泵參數(shù)之間的關(guān)系，即流量Q，楊程轉(zhuǎn)速H；葉輪直徑D 與壓力P 之間的關(guān)系為：①Q(mào)1/Q2=D1/D2；②H1/H2=（D1/D2）2；③P1/P2=（D1/D2）3。

根據(jù)油壓與葉輪直徑的比例關(guān)系（式③）得出：只要減小葉輪（圖2）直徑就能降低調(diào)速油泵輸出油壓，因此，穩(wěn)定調(diào)速油泵輸出油壓的方案為：減小調(diào)速油泵葉輪直徑，即用車(chē)床車(chē)削葉輪外圓，降低油壓，消除油壓擺動(dòng)現(xiàn)象。

4.3 方案實(shí)施

圖2 調(diào)速油泵葉輪

（1）利用3#機(jī)組小修機(jī)會(huì)進(jìn)行方案實(shí)施。

（2）調(diào)速油泵輸出額定壓力1.176 MPa，而機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中輸出油壓為1.20 MPa。解體3#機(jī)組調(diào)速油泵后，測(cè)量調(diào)速油泵葉輪直徑為335 mm，將調(diào)速油泵輸出油壓從1.28 MPa 降低到1.20 MPa；根據(jù)離心式調(diào)速油泵油壓與葉輪直徑的比例關(guān)系P1/P2=（D1/D2）3，即1.28/1.20=（335/車(chē)削后的葉輪直徑）3，計(jì)算可得車(chē)削后的葉輪直徑為327 mm，車(chē)削量8 mm，對(duì)調(diào)速油泵葉輪外圓進(jìn)行車(chē)削，調(diào)速油泵外圓半徑車(chē)削量4 mm，車(chē)削后葉輪直徑327 mm，對(duì)車(chē)削后的葉輪及其他零部件用煤油清洗后組裝。

5 油動(dòng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

油動(dòng)機(jī)主要由拉彈簧、繼動(dòng)器活塞、錯(cuò)油門(mén)、錯(cuò)油門(mén)套筒、壓彈簧、反饋連桿、反饋斜板、及油動(dòng)機(jī)活塞等組成（圖3）。

圖3 油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成

由三次油壓（DDV 油壓）經(jīng)電磁切換閥后作用到繼動(dòng)器活塞上部，在穩(wěn)定工況下，三次油壓（DDV 油壓）與活塞桿上部彈簧的拉力平衡，繼動(dòng)器活塞桿下端有4 個(gè)油口，將錯(cuò)油門(mén)上部“C”的繼動(dòng)油與排油相通，繼動(dòng)油由高壓油經(jīng)錯(cuò)油門(mén)上3 mm孔供給。穩(wěn)定工況下，繼動(dòng)油壓與錯(cuò)油門(mén)下壓彈簧的緊力平衡，使錯(cuò)油門(mén)處于中間位置，通往高壓油到油動(dòng)機(jī)活塞下部的進(jìn)油口。當(dāng)三次油壓（DDV 油壓）升高，繼動(dòng)器活塞克服拉彈簧的拉力向下移動(dòng)。關(guān)小活塞桿下4 個(gè)泄油口，使繼動(dòng)油壓升高力平衡破壞，錯(cuò)油門(mén)下移打開(kāi)通往油動(dòng)機(jī)活塞下部的壓力油口，壓力油從A 室通往B 室，使油動(dòng)機(jī)活塞下部油壓升高，推動(dòng)活塞桿上移，開(kāi)啟調(diào)節(jié)汽閥。在油動(dòng)機(jī)活塞桿上移的同時(shí)，通往反饋斜板及反遺連桿，將錯(cuò)油門(mén)筒下移，關(guān)閉油動(dòng)機(jī)活塞下部的壓力油進(jìn)油口，使油動(dòng)機(jī)活塞處在新的穩(wěn)定位置，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。當(dāng)二次油降低后動(dòng)作過(guò)程與上述相反。

繼動(dòng)器上部拉彈簧可以調(diào)整有效圈數(shù)改變彈簧剛度，或適當(dāng)調(diào)整斜板的斜率，以調(diào)整轉(zhuǎn)速不等率，油動(dòng)機(jī)起始動(dòng)作點(diǎn)的油壓值如不符合要求，可通過(guò)調(diào)整拉彈簧的預(yù)緊力達(dá)到油動(dòng)機(jī)要求值。

此類(lèi)型機(jī)組調(diào)節(jié)汽門(mén)油動(dòng)機(jī)主要由拉彈簧，繼動(dòng)器活塞，錯(cuò)動(dòng)門(mén)及套筒，油動(dòng)機(jī)活塞、反饋斜板、反遺連桿，壓彈簧等組成。任何部套的異常都會(huì)造成油動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定。該類(lèi)型機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，個(gè)別調(diào)節(jié)汽門(mén)油動(dòng)機(jī)存在不同程度的擺動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。雖然多次檢查、檢修相關(guān)部套，但造成油動(dòng)機(jī)大幅擺動(dòng)的原因未徹底查清。

3#機(jī)及其他機(jī)組的高壓油動(dòng)機(jī)存在不同程度的擺幅，當(dāng)3#機(jī)組三次油壓（DDV 油壓）在0.263 MPa 時(shí)，甲側(cè)油動(dòng)機(jī)在（142～152）mm 之間擺動(dòng)，乙側(cè)油動(dòng)機(jī)也有不同程度的擺動(dòng)，在此期間檢查調(diào)速系統(tǒng)，各油壓均正常。將高壓三次油壓（DDV 油壓）值調(diào)至0.275 MPa 后穩(wěn)定，擺動(dòng)消失。

根據(jù)油動(dòng)機(jī)工作原理，針對(duì)3#機(jī)組高壓油動(dòng)機(jī)擺動(dòng)現(xiàn)象，在2011 年8 月下旬小修期間，對(duì)油動(dòng)機(jī)各部件進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)繼動(dòng)器活塞軸與拉彈簧有斜拉伸現(xiàn)象?；钊S與拉彈簧是強(qiáng)拉在一條同心垂直線上，拉彈簧在某個(gè)扭力下，彈性變化大，局部鋼性變化較大。檢修后做靜態(tài)特性試驗(yàn)，油動(dòng)機(jī)工作良好，開(kāi)機(jī)后未出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。此次檢修對(duì)此類(lèi)型油動(dòng)機(jī)擺動(dòng)問(wèn)題的解決積累了經(jīng)驗(yàn)，為機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6 油動(dòng)機(jī)擺動(dòng)缺陷的處理措施

根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)工作原理，油動(dòng)機(jī)是調(diào)速系統(tǒng)的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)。小修期間，針對(duì)油動(dòng)機(jī)不正常擺動(dòng)進(jìn)行了全面檢查。逐一排除其他部件后，發(fā)現(xiàn)油動(dòng)機(jī)繼動(dòng)器活塞軸與拉彈簧有扭拉變形現(xiàn)象，活塞軸與拉彈簧不在垂直的軸心線上。分析認(rèn)為這樣會(huì)造成拉彈簧局部長(zhǎng)時(shí)間受力過(guò)大，彈簧鋼性將發(fā)生變化，造成油動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。更換新拉彈簧時(shí)，活塞軸螺母與拉彈簧配合過(guò)緊，無(wú)法正常將螺母從拉彈簧中取出。裝復(fù)新的拉彈簧時(shí)無(wú)法正常裝復(fù)，強(qiáng)行裝復(fù)與活塞軸相連接后，拉彈簧呈現(xiàn)變形扭曲。將繼動(dòng)器活塞軸外徑磨去0.5 mm，打磨光滑后，垂直放入拉彈簧內(nèi)，松緊適度，與活塞軸連接組合后無(wú)扭拉現(xiàn)象（圖4）。

圖4 繼動(dòng)器活塞及彈簧安裝

7 處理效果

3#機(jī)組小修后，調(diào)速油泵輸出油壓1.20 MPa，沒(méi)有擺動(dòng)現(xiàn)象，機(jī)組從小修結(jié)束至今，運(yùn)行當(dāng)中做調(diào)速油泵試驗(yàn)時(shí)未發(fā)現(xiàn)油壓擺動(dòng)現(xiàn)象，調(diào)速油泵輸出油壓趨于穩(wěn)定狀態(tài)，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。