淺談汽輪機綜合液壓保護裝置故障分析及處理

鄭建軍，唐遠輝，汪 可，李 銀，徐 強

（中國核動力研究設(shè)計院一所，四川樂山 614106）

0 引言

汽輪機安全保護系統(tǒng)由一套綜合液壓保護裝置、一套軸向位移保護裝置和一套汽輪機速度測量裝置組成，可以實現(xiàn)對汽輪機就地應(yīng)急手動保護、滑油低油壓保護、軸向位移保護、超速保護、盤車聯(lián)鎖保護功能。每次運行汽輪機前，需要對汽輪機的各種保護進行檢查，確保在發(fā)生異常情況時能夠迅速動作，保護設(shè)備和人員的安全。

1 綜合液壓保護裝置工作原理

綜合液壓保護裝置是汽輪機安全保護系統(tǒng)的重要組成部分，主要有電磁鐵組件部分和滑閥部分，電磁鐵組件則由電磁線圈、鐵芯及彈簧組成。綜合液壓保護裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其中滑閥A、B、C 的軸向上端部分為空心結(jié)構(gòu)且上端與各自的彈簧連接，滑閥D 為不定向滑閥。

正常工作時，壓力油1 從孔道2 通過滑閥A 中間間隙流到孔道5，然后通過滑閥B 中間間隙流到孔道8（孔道7 和孔道8 室相通），在供DC 24 V 電磁鐵和手動抬起電磁鐵組合件上部按鈕的作用下，流入滑閥C下端，而經(jīng)孔道11 流入滑閥D 下端，經(jīng)下端的徑向小孔流到最底部，從而使滑閥D 向上抬升一小段。此時孔道7 內(nèi)的滑油進入滑閥D 底部，滑閥D 再向上抬升一小段。同時，不定向滑閥上端的壓力油經(jīng)孔道9，通過滑閥C 上端經(jīng)孔道6 進入滑閥B，再經(jīng)過孔道3，通過滑閥A 上端經(jīng)孔道4 完成泄油。隨即滑閥D 完全上抬。在滑閥的工作下，孔道19 被封堵，孔道13 與孔道18相通，動力油2 從孔道13 進入孔道18 作為脈沖油，送到速關(guān)閥油動機內(nèi)。

進入油動機內(nèi)的脈沖油向下壓彈簧，使得1.0 MPa 調(diào)節(jié)油通過滑閥通道進入速關(guān)閥活塞上部、下壓彈簧，從而使速關(guān)閥打開。

當(dāng)汽輪機就地手動緊急停機、汽輪機遠程停機信號以及汽輪機軸承滑油總管壓力低于0.19～0.21 MPa 時，都會使作用于滑閥C 的向上的力量減弱，在電磁鐵組件內(nèi)彈簧力的作用下，滑閥C 向下落。孔道7 的壓力油經(jīng)滑閥上端間隙進入孔道9，最后進入滑閥D 上端?；yD 下端的動力油通過孔道11 進入滑閥C 中間間隙，沿徑向孔通過中空孔道上升，進入滑閥C 最上端。隨后沿孔道6 進入滑閥B 上端，沿孔道3 進入滑閥A 上端，通過孔道4 完成泄壓?；yD 在此作用下迅速下降，孔道17 隨即被封堵?？椎?8 內(nèi)的脈沖油通過滑閥D 中間間隙進入孔道19 完成泄油。脈沖油消失，在速關(guān)閥油動機內(nèi)彈簧的作用下，1.0 MPa 調(diào)節(jié)油迅速排出，從而使得速關(guān)閥迅速完成速關(guān)，起到保護作用。

圖1 綜合液壓保護裝置

2 故障現(xiàn)象描述

在汽輪機運行前狀態(tài)檢查中，發(fā)現(xiàn)綜合液壓保護裝置存在異響、異動和油壓保護偏離正常值的情況。

2.1 速關(guān)閥油路異響

在某次運行前進行狀態(tài)檢查時，運行人員按照滑油系統(tǒng)運行規(guī)程啟動滑油泵，按照調(diào)節(jié)油系統(tǒng)運行規(guī)程啟動調(diào)節(jié)油泵。系統(tǒng)啟動后，設(shè)備、系統(tǒng)均無任何異常。然后，按照汽輪機運行規(guī)程對汽輪機進行聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的檢查。在監(jiān)控臺手動操作綜合液壓保護裝置電磁鐵組件頂部按鈕打開速關(guān)閥時，發(fā)現(xiàn)速關(guān)閥的通油管路有刺耳的嘯叫的聲音?，F(xiàn)場對滑油系統(tǒng)、調(diào)節(jié)油系統(tǒng)所有管道和設(shè)備進行檢查，均未發(fā)現(xiàn)漏點。盤車裝置電液操縱器動力油壓、盤車裝置出口脈沖油壓，速關(guān)閥油動機動力油壓、隨動滑閥動力油壓，軸向位移保護裝置出口脈沖油壓、綜合液壓保護裝置的壓力油壓和滑油總管油壓等均正常，均在規(guī)定的要求范圍內(nèi)?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)速關(guān)閥隨動滑閥脈沖油壓為0.39 MPa，而正常范圍為0.40～0.43 MPa。

2.2 液壓保護裝置組件端蓋異動

在某次運行前對汽輪機做綜合液壓保護裝置聯(lián)鎖試驗時，打開綜合液壓保護裝置電磁鐵組件頂部罩帽，沒有發(fā)現(xiàn)任何異常。但在試驗完成后恢復(fù)頂部罩帽時，發(fā)現(xiàn)綜合液壓保護裝置電磁鐵組件上端蓋整體會輕微旋轉(zhuǎn)。

2.3 油壓保護偏離正常值

在某次運行前進行狀態(tài)檢查時，先后對汽輪機軸向位移保護、盤車電機聯(lián)鎖保護檢查，均能滿足汽輪機運行規(guī)程的要求，汽輪機速關(guān)閥按照規(guī)定值完成速關(guān)。而汽輪機滑油系統(tǒng)低油壓保護檢查中，通過緩慢逐漸關(guān)小滑油總管信號油截止閥，汽輪機3 次速關(guān)試驗時滑油總管壓力分別在0.15 MPa、0.16 MPa 和0.17 MPa，均不能按照滑油總管壓力低于0.19～0.21 MPa 的要求進行汽輪機速關(guān)。

3 故障原因分析

3.1 異響的原因分析

綜合液壓保護裝置到速關(guān)閥的脈沖油管路、速關(guān)閥動力油壓管路在現(xiàn)場管路布置中均處于調(diào)節(jié)油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)管路水平最高點；速關(guān)閥及油動機內(nèi)活塞與缸體之間由于制造工藝的要求，必然存在一定的間隙；而速關(guān)閥關(guān)閉后，調(diào)節(jié)油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)長期停運后，脈沖油由于重力的原因通過回油管路自流進入油箱，因此存在少量空氣。當(dāng)打開速關(guān)閥、油氣混合通過速關(guān)閥管段時，會發(fā)出刺耳的嘯叫聲。經(jīng)過多次開關(guān)速關(guān)閥后，空氣被帶走，異響消失，速關(guān)閥隨動滑閥脈沖油壓也恢復(fù)到正常范圍。

3.2 異動的原因分析

在安裝調(diào)試期間，綜合液壓保護裝置按鈕均能正常開啟和按下，且電磁鐵組件上端蓋不會旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過對綜合液壓保護裝置的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)任何物品對其施加作用力；對現(xiàn)場人員進行了解，沒有人員故意動作、變更過綜合液壓保護裝置。分析可能為：一是由于頂絲本身過短（僅6 mm），安裝時沒有完全緊固到位，在隨后的運行過程松動；二是運行人員在打開和恢復(fù)按鈕罩帽的操作時用力過猛，旋轉(zhuǎn)過度導(dǎo)致頂絲松動、脫落、變形。經(jīng)過機加人員重新加工頂絲、更換頂絲、緊固頂絲后，此現(xiàn)象得到解決。

3.3 油壓保護偏離正常值原因與分析

根據(jù)滑閥C 的受力分析來看，滑閥受向上的力=電磁鐵向上的吸力+壓力油向上的力+滑油總管信號油向上的力?；y受向下的力=電磁鐵組件內(nèi)彈簧的彈簧力+壓力油向下的力。壓力油向上的力=壓力油向下的力。正常工作時，滑油總管信號油油壓＞0.21 MPa，滑閥受向上的力≥滑閥受向下的力，壓力油通過滑閥C 進入不定向滑閥下端，使得不定向滑閥上移，產(chǎn)生脈沖油，速關(guān)閥才能正常打開。按照設(shè)計，當(dāng)滑油總管信號油油壓在0.19～0.21 MPa 時，滑閥受向上的力小于其向下的力，滑閥C 在電磁鐵組件內(nèi)彈簧的作用下會迅速落下，壓力油經(jīng)滑閥C 進入滑閥D 上端，從而滑閥D 下移，脈沖油消失，速關(guān)閥關(guān)閉。但在0.19～0.21 MPa 時彈簧并沒有動作，而是在0.15～0.17 MPa 時彈簧才發(fā)生速關(guān)動作。因此認為彈簧作用力減小才發(fā)生此現(xiàn)象。

分析認為可能的原因有：一是彈簧力在原來的基礎(chǔ)上已經(jīng)減小，電磁鐵組件內(nèi)彈簧預(yù)設(shè)力過小或彈簧變形；二是電磁鐵組件內(nèi)彈簧在動作的過程有存在卡澀，增加了摩擦力；三是滑閥C 加工制造過程中存在毛刺或壓力油油品質(zhì)量不佳導(dǎo)致存在卡澀，增加摩擦力導(dǎo)致動作困難。隨后對綜合液壓保護裝置進行拆卸檢查后，發(fā)現(xiàn)電磁鐵組件內(nèi)彈簧已經(jīng)變形但并無卡澀。經(jīng)過機加人員更換彈簧、回裝綜合液壓保護裝置、調(diào)整電磁鐵組件內(nèi)彈簧彈力后，綜合液壓保護裝置均能按照滑油總管壓力在低于0.19～0.21 MPa 的時候迅速動作，使速關(guān)閥關(guān)閉，問題解決。

4 總結(jié)

本文簡述了綜合液壓保護裝置的工作原理，記錄了運行過程中發(fā)現(xiàn)的問題、現(xiàn)象，對故障的原因進行了分析并進行了相應(yīng)的處理，使現(xiàn)場問題得到解決，形成了以下經(jīng)驗：

（1）投運油系統(tǒng)后，應(yīng)注意系統(tǒng)氣密性的檢查。汽輪機狀態(tài)檢查和運行前，應(yīng)通過開關(guān)速關(guān)閥排出管路中的空氣，以減少對速關(guān)閥及油動機的影響，確保發(fā)生故障時能順利速關(guān)。

（2）操作綜合液壓保護裝置電磁鐵組件上部按鈕的過程中，應(yīng)謹慎操作，不能使用蠻力，嚴禁過度旋轉(zhuǎn)，避免損壞部件。組件上應(yīng)做好標(biāo)記，關(guān)注組件整體情況。

（3）對汽輪機聯(lián)鎖保護進行檢查時，應(yīng)記錄進行速關(guān)時各保護信號油壓，并形成歷史記錄。發(fā)現(xiàn)信號油壓異常應(yīng)立即上報并進行分析處理，確保發(fā)生異常時綜合液壓保護裝置實現(xiàn)聯(lián)鎖功能，保障汽輪機正常工作。