低壓主汽進(jìn)汽控制閥ACV卡澀故障分析處理

余科科 鄔海永 劉福慶

摘要：根據(jù)某燃機(jī)電廠低壓主汽進(jìn)汽控制閥ACV卡澀異常情況的現(xiàn)象，分析異常的原因，通過對低壓主汽進(jìn)汽控制閥ACV的解體檢查，確認(rèn)活塞桿和活塞筒內(nèi)壁的磨損及油動(dòng)機(jī)彈簧存在變形為卡澀的成因，采取一系列的處理措施，排除故障，使設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)。

Abstract： Aiming for the ACV jam fault of low-pressure admission control valve in a certain gas-fired power plant， a disintegration overhaul of the low-pressure admission control valve ACV was carried out. The abrasion of piston rod and the inner wall of the piston barrel and the deformation of hydraulic actuator spring were confirmed as cause of jamming. Finally， three appropriate treatments were taken to eliminate the jam fault and restore the equipment to its normal operation.

關(guān)鍵詞：ACV卡澀;缺陷分析;解體檢修

Key words： ACV jam fault;defect analysis;disintegration overhaul

中圖分類號(hào)：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）24-0142-03

0? 引言

某燃機(jī)電廠采用的是美國GE公司的多軸S209FA燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，為“二拖一”型式，主要包括2臺(tái)GE公司的PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，2臺(tái)Dehak公司的臥式三壓再熱自然循環(huán)余熱鍋爐，1臺(tái)GE公司的D11 型汽輪機(jī)，主機(jī)為多軸布置，既可“一拖一”運(yùn)行，也可“二拖一”的運(yùn)。2019年3月以來在機(jī)組啟動(dòng)過程中低壓主汽閥ACV發(fā)生卡澀的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，投入低壓補(bǔ)汽，ACV開啟到一定開度后，ACV的開閥指令與閥位反饋逐漸發(fā)生偏離，最終ACV的開閥指令上升到100%，而ACV的閥位卡澀在20%左右無法上升。在運(yùn)行中隨著負(fù)荷的變化，已經(jīng)卡澀的ACV可以向下關(guān)閉，卻不能開大，只會(huì)越關(guān)越小，導(dǎo)致負(fù)荷再次上升后低壓主汽壓力太高，需要開啟低壓旁路降低主汽壓，影響機(jī)組出力。

1? 低壓主汽進(jìn)汽控制閥的作用與原理

低壓主汽進(jìn)汽控制閥的首要功能是調(diào)節(jié)低壓的進(jìn)汽壓力，但也對從低壓進(jìn)汽源引起的透平超速起第一道防線作用。

作為防止透平超速的第一道防線，利用來自轉(zhuǎn)速傳感系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)整控制閥的位置。該信號(hào)以及控制閥的位置與轉(zhuǎn)速成正比：當(dāng)它的轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速的101%時(shí)，該閥開始關(guān)閉，當(dāng)它達(dá)到或者在額定轉(zhuǎn)速的106%之前該閥完全關(guān)閉。1%偏差的用途是允許低壓進(jìn)汽壓力控制子系統(tǒng)可在額定轉(zhuǎn)速的100%與101%之間正常運(yùn)行。在額定轉(zhuǎn)速的101%以上時(shí)，該控制子系統(tǒng)的控制范圍隨轉(zhuǎn)速成正比地下降，直到達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的106%時(shí)速度-已檢測信號(hào)完全超越低壓進(jìn)汽控制信號(hào)，于是控制閥完全關(guān)閉。

如圖1 所示，伺服閥控制通過聯(lián)箱供向操縱控制閥的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供油。一條管道將液壓油供應(yīng)到聯(lián)箱面，其的內(nèi)部孔通到噴油管供油孔和伺服閥的壓力孔。由于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是帶回程彈簧的單動(dòng)式結(jié)構(gòu)，只使用伺服閥上兩個(gè)孔中的一個(gè)孔，而另一個(gè)孔被擋住。排油管將油流回到油箱。用一臺(tái)旋轉(zhuǎn)位置傳感器將控制閥位置的反饋傳送到STC 柜。還提供本機(jī)的閥位置指示器。整個(gè)控制閥和操作機(jī)構(gòu)組件安裝在低壓進(jìn)汽管道中。

圖2所示為低壓蒸汽進(jìn)汽控制閥（ACV）平面圖。它是帶有偏心軸的、由多層密合圈材料制成的密合型蝶閥。使用單作用式的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓油經(jīng)孔板進(jìn)入到伺服閥，經(jīng)伺服調(diào)節(jié)后，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)將蝶閥打開到所需的閥位。機(jī)組遮斷時(shí)，由伺服閥將控制閥關(guān)閉。

2? 低壓主汽進(jìn)汽控制閥卡澀后運(yùn)行操作控制

由于ACV的開啟機(jī)會(huì)只有在啟動(dòng)初期投低壓補(bǔ)汽的時(shí)候，正常運(yùn)行時(shí)無法開大，所以在操作上，運(yùn)行人員投在投低壓補(bǔ)汽前通過開大低壓旁路調(diào)節(jié)閥降低ACV前的壓力，低壓補(bǔ)汽時(shí)需要將壓力設(shè)定值盡可能的設(shè)低，隨著ACV的逐漸開大，緩慢關(guān)小低壓旁路調(diào)節(jié)閥，保持閥前壓力穩(wěn)定，使ACV一次性開啟到較大開度。ACV卡澀在較大開度，可以使低壓主汽維持在較低壓力，無需開啟低旁調(diào)節(jié)閥控制壓力，不會(huì)影響機(jī)組出力。在正常運(yùn)行期間，應(yīng)將ACV前的壓力設(shè)定在最低值，始終保持ACV的開閥指令在100%，避免負(fù)荷波動(dòng)時(shí)指令下降關(guān)小ACV開度，導(dǎo)致閥門卡澀在負(fù)荷回升后無法開大。

運(yùn)行中若ACV閥門卡澀無法開大，存在卡澀消失突然大幅度開啟的風(fēng)險(xiǎn)，因此需通過提高壓力設(shè)定值或開啟低旁等措施，使閥門關(guān)至16%左右，再降低壓力定值，使閥門沖過卡澀區(qū);不成功時(shí)可重復(fù)上述操作，避免閥門在卡澀情況下運(yùn)行。

二拖一低壓主蒸汽并汽過程中，監(jiān)視低壓主蒸汽壓力和ACV閥門開度，若閥門20%左右卡澀低壓蒸汽壓力上升時(shí)，可開啟待并爐低壓旁路，必要時(shí)退出低壓并汽。

3? 低壓主汽進(jìn)汽控制閥卡澀的原因分析

基于ACV卡澀后可以關(guān)小卻不能開大的現(xiàn)象，對于ACV卡澀的原因進(jìn)行可能性分析，初步分析有以下幾點(diǎn)可能性：

①ACV油動(dòng)機(jī)液壓油入口過濾器堵塞，導(dǎo)致油壓不足，造成閥門卡澀。

②ACV油動(dòng)機(jī)伺服閥故障或油管路阻塞，導(dǎo)致油壓不足，造成閥門卡澀。

③ACV閥開度長期在0-30%范圍內(nèi)工作，軸套發(fā)生單邊磨損，導(dǎo)致ACV開到在20%開度位置時(shí)阻力過大，油動(dòng)機(jī)無法克服彈簧壓力和閥門摩擦阻力，造成閥門卡澀。

④ACV閥門與油動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)個(gè)別位置存在碰磨。

⑤ACV的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油缸活塞密封面存在泄漏，ACV開啟過程中液壓油透過密封圈不嚴(yán)密處漏進(jìn)活塞后的腔室，導(dǎo)致開啟ACV的開閥力矩變小，無法克服彈簧壓力和閥門摩擦阻力，導(dǎo)致ACV無法開大。ACV的開啟是通過液壓油推動(dòng)油缸活塞，克服彈簧預(yù)緊力來實(shí)現(xiàn)，ACV的關(guān)閉是通過泄掉油缸內(nèi)的液壓油，利用彈簧壓縮力釋放來關(guān)閉閥門。ACV的關(guān)閉在任何時(shí)候都沒問題，而開啟卻時(shí)?？?，說明執(zhí)行機(jī)構(gòu)開閥的力矩偏小，抵消掉彈簧預(yù)緊力之后不足以開啟閥門。

⑥用于ACV關(guān)閉的彈簧預(yù)緊力過大，油動(dòng)機(jī)無法克服彈簧壓力，導(dǎo)致ACV閥門關(guān)閉容易，但開啟困難。

⑦ACV油動(dòng)機(jī)彈簧壓縮與彈開過程不是直線型，導(dǎo)致彈簧與彈簧筒發(fā)生摩擦，油動(dòng)機(jī)無法克服彈簧壓力、彈簧與彈簧筒以及閥門摩擦阻力，造成閥門卡澀。

⑧ACV油動(dòng)機(jī)油缸內(nèi)壁部分位置破損，長時(shí)間在此位置后導(dǎo)致活塞上下側(cè)油壓平衡，導(dǎo)致需要繼續(xù)開啟時(shí)無法克服活塞上側(cè)阻力，造成閥門卡澀。

4? 低壓主汽進(jìn)汽控制閥的解體檢查

為了找出ACV卡澀的原因，利用機(jī)組停備期間對ACV進(jìn)行了詳細(xì)的故障排查工作。

①在ACV閥門正常工作情況下，對ACV油動(dòng)機(jī)液壓油入口過濾器進(jìn)行檢查，過濾器壓差顯示為綠色，確定過濾器無堵塞。

②對ACV油動(dòng)機(jī)液壓油管路解開后進(jìn)行分段檢查，油管路中未見異物，確定油管路無阻塞，對伺服閥進(jìn)行了更換，對油管路使用酒精后進(jìn)行沖洗保證管無油泥雜質(zhì)等異物后，將系統(tǒng)重新恢復(fù)后恢復(fù)到正常運(yùn)行時(shí)，閥門在20%依然出現(xiàn)卡澀情況。因此排除液壓油管路堵塞和伺服閥問題造成閥門卡澀的故障。

③為驗(yàn)證閥桿與軸套是否存在單邊磨損情況，將ACV進(jìn)行了解體檢修工作，解體后對軸套與閥桿接觸位置進(jìn)行了檢測，未見明顯的磨損，并閥門閥桿彎曲度進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果為0.02mm/m，符合廠家資料要求，為了對軸套進(jìn)行排除，將原軸套進(jìn)行了更換。閥門回裝將系統(tǒng)重新恢復(fù)后，閥門在20%依然出現(xiàn)卡澀情況，因此可以排除閥桿與軸套單邊磨損造成閥桿憋勁導(dǎo)致閥門卡澀的故障。

④拆除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外殼觀察孔蓋板，如圖3所示，對各個(gè)位置進(jìn)行了檢查，各部位連接件連接可靠無松動(dòng)，且未發(fā)現(xiàn)有碰磨卡澀現(xiàn)象。對ACV進(jìn)行靜態(tài)傳動(dòng)，觀察閥門動(dòng)作情況。ACV閥桿與閥門本體開關(guān)流程無卡澀，各連接件活動(dòng)順暢，無摩擦卡頓現(xiàn)象。基本可以排除由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)碰磨的可能性導(dǎo)致閥門卡澀。

⑤為驗(yàn)證ACV油動(dòng)機(jī)彈簧與彈簧筒之間是否存在嚴(yán)重摩擦，造成閥門卡澀。將ACV油動(dòng)機(jī)彈簧預(yù)緊力釋放掉，將彈簧筒拆下，對彈簧與彈簧筒內(nèi)壁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)彈簧非直線型運(yùn)行中間位置有鼓出，如圖6所示。彈簧筒內(nèi)壁同樣存在明顯磨痕，如圖7所示。由此可以判斷ACV油動(dòng)機(jī)彈簧與彈簧筒之間是存在額外摩擦力，其摩擦力必然對ACV閥的開啟造成了一定的影響。

⑥為了驗(yàn)證是否是油缸某個(gè)位置內(nèi)泄嚴(yán)重，造成閥門卡澀，我們將油缸進(jìn)行了解體檢查。檢查發(fā)現(xiàn)活塞筒內(nèi)壁上、活塞上有明顯的縱向劃痕，如圖4、圖5所示。同時(shí)活塞桿上的節(jié)流導(dǎo)向套存在單邊磨損的痕跡，密封不嚴(yán)密容易發(fā)生泄漏。磨損發(fā)生的位置集中在閥位18%-25%之間，導(dǎo)致閥門開度在此區(qū)間，油缸內(nèi)部液壓油緩慢泄露使油動(dòng)機(jī)推力下降，無法克服彈簧壓力開啟閥門。

為了進(jìn)一步對解體情況進(jìn)行驗(yàn)證，將ACV閥油動(dòng)機(jī)組裝后進(jìn)行內(nèi)泄試驗(yàn)，油動(dòng)機(jī)在閥門全關(guān)位時(shí)，油缸的內(nèi)泄量為5ml/min;油動(dòng)機(jī)在閥門開啟20%時(shí)，油缸的內(nèi)泄量為108ml/min;油動(dòng)機(jī)在閥門開啟40%時(shí)，油缸的內(nèi)泄量為6ml/min;油動(dòng)機(jī)在閥門開啟100%時(shí)，油缸的內(nèi)泄量為4ml/min。通過內(nèi)泄試驗(yàn)驗(yàn)證處，閥門長時(shí)間處于20%的開度時(shí)，活塞上下側(cè)油壓會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡，當(dāng)達(dá)到平衡后，在對閥門進(jìn)行開啟操作時(shí)需要克服活塞上側(cè)液壓油壓力與彈簧力之和，此時(shí)活塞上側(cè)液壓油壓力和彈簧力之和要大于活塞下側(cè)液壓油壓力，因此在發(fā)出閥門繼續(xù)開啟執(zhí)行時(shí)閥門出現(xiàn)卡澀情況。

5? 低壓主汽進(jìn)汽控制閥的處理措施

①對活塞桿和活塞筒內(nèi)部輕微磨痕采取拋光修復(fù)，對磨痕較嚴(yán)重的部位進(jìn)行重新鍍鉻并做滲氮處理，保證油缸筒嚴(yán)密性。

②更換活塞桿上的密封圈，并進(jìn)行打壓做無泄露試驗(yàn)合格。將油動(dòng)機(jī)運(yùn)至試驗(yàn)臺(tái)位置，配置油管道，將液壓油壓力充至11.5MPa檢查活塞缸有無泄漏，無泄漏充至21MPa進(jìn)行觀察，保證三分鐘內(nèi)無泄漏點(diǎn)出現(xiàn);確認(rèn)無泄漏點(diǎn)將壓力降至工作壓力11.5MPa進(jìn)行傳動(dòng);測量活塞缸形成203mm，符合設(shè)計(jì)。

③在ACV設(shè)計(jì)說明書中，查詢ACV關(guān)閥所需力矩，發(fā)現(xiàn)彈簧預(yù)緊力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)說明書中要求。將彈簧筒加高在彈簧被壓縮時(shí)避免在壓縮量過大時(shí)彈簧與彈簧筒之間產(chǎn)生較大摩擦力，加高后彈簧預(yù)緊力從原先的2500kg下調(diào)為1500kg，經(jīng)過多次傳動(dòng)開關(guān)試驗(yàn)，ACV開關(guān)均動(dòng)作正常。

6? 結(jié)語

修復(fù)后的ACV在其后運(yùn)行一個(gè)月期間，再無發(fā)生卡澀現(xiàn)象。此次ACV卡澀的異常事件中，運(yùn)行人員積極開展缺陷分析，根據(jù)設(shè)備異?，F(xiàn)象，利用設(shè)計(jì)說明書查詢設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，分析判斷故障的可能性原因。檢修人員根據(jù)運(yùn)行的分析，在對閥門解體檢修時(shí)有目的性的驗(yàn)證故障原因，確認(rèn)故障。在運(yùn)行檢修的通力配合下，完美處理了ACV卡澀的故障，這也是當(dāng)前先進(jìn)電廠的運(yùn)維合作運(yùn)作模式。

雖然目前的處理措施保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，但是彈簧在長時(shí)間的使用過程中其性能會(huì)隨之下降，性能下降后也許會(huì)出現(xiàn)閥門關(guān)閉時(shí)間長等問題，為了長遠(yuǎn)考慮應(yīng)做好備件的采購工作，對有問題的彈簧進(jìn)行更換，恢復(fù)原彈簧筒數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪劍波.燃?xì)鈾C(jī)組低壓主蒸汽進(jìn)汽控制閥卡澀故障分析及處理[J].中國設(shè)備工程，2014（003）：61-63.

[2]張龔.某9FA.03機(jī)組低壓進(jìn)汽控制閥異常現(xiàn)象分析處理[J]. 熱力透平，2018，47（03）：69-71，75.

[3]俞立凡，董艷芳.S109FA機(jī)組低壓蒸汽控制閥的異常情況與處理[J].電力建設(shè)，2009（02）：94-97.

[4]趙琦，毛志偉.9F單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)的控制和保護(hù)[J].浙江電力，2005，24（5）：4.

[5]中國華電集團(tuán)公司.大型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書.設(shè)備及系統(tǒng)分冊[M].中國電力出版社，2009.

[6]谷向前.S109FA機(jī)組停機(jī)過程汽輪機(jī)高壓蒸汽控制閥卡澀原因分析及處理[J].全文版：工程技術(shù)，2016（007）：276.