給水泵汽輪機(jī)速關(guān)閥閥位波動分析與處理

嚴(yán)祥燁

（浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂清 325609）

0 引言

大型發(fā)電廠廣泛采用小汽輪機(jī)驅(qū)動鍋爐給水泵，小汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文介紹了浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司某臺660MW超超臨界機(jī)組C修后啟機(jī)，給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，在速關(guān)油、啟動油、試驗油壓力正常穩(wěn)定狀況下，速關(guān)閥閥位出現(xiàn)隨其進(jìn)汽參數(shù)變化而波動的異常情況，通過分析、排查、判斷，利用機(jī)組調(diào)停機(jī)會，更換速關(guān)閥油動機(jī)密封件，消除了隱患。

1 設(shè)備及故障概況

1.1 設(shè)備概況

浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司660MW超超臨界機(jī)組配備兩臺50% BMCR容量的NK63/71/0型給水泵汽輪機(jī)（簡稱小機(jī)），為單缸、軸流、反動凝汽式汽輪機(jī)。小機(jī)汽源兩路，低壓汽源為輔汽及主機(jī)四級抽汽，高壓汽源為再熱冷段蒸汽，額定進(jìn)汽參數(shù)1.18MPa/381℃[1]。速關(guān)閥與汽缸法蘭連接，水平安裝于進(jìn)汽室側(cè)面，其作用是在盡可能短的時間內(nèi)切斷進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽[2]。正常運(yùn)行時速關(guān)閥處于全開位置，由MEH控制調(diào)節(jié)汽閥（管道調(diào)節(jié)閥）開度實現(xiàn)小機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)。

1.2 故障情況

3#機(jī)組C修后開機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，3A小機(jī)速關(guān)閥出現(xiàn)閥位波動，幅值約5%，大值約98.5%，小值約93.8%。其速關(guān)油壓0.92MPa、調(diào)節(jié)油壓0.96MPa、啟動油壓0MPa均正常，其他相關(guān)參數(shù)亦正常。該小機(jī)速關(guān)閥油動機(jī)C修期間解體檢修，更換密封件。

3A速關(guān)閥閥位隨機(jī)組負(fù)荷增加，小機(jī)進(jìn)汽量、壓力上升，在某個臨界點(diǎn)附近，閥位趨于緩慢下行，至93.8%左右穩(wěn)定，不再隨小機(jī)進(jìn)汽參數(shù)增加而下行；反之，速關(guān)閥閥位隨機(jī)組負(fù)荷減小，小機(jī)進(jìn)汽量、壓力下降，在某個臨界點(diǎn)附近，閥位趨于緩慢上行，至98.5%左右穩(wěn)定，不再隨小機(jī)進(jìn)汽參數(shù)減小而上行。如圖1，在一定的負(fù)荷區(qū)間，速關(guān)閥閥位與小機(jī)進(jìn)汽參數(shù)（主機(jī)負(fù)荷）有明顯的相關(guān)性，閥位存在約5%的波動?，F(xiàn)場檢查閥桿有3-4mm位移。

圖1 機(jī)組負(fù)荷—速關(guān)閥閥位

2 速關(guān)閥故障分析

2.1 速關(guān)閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

速關(guān)閥主要由閥門本體和油動機(jī)兩部分組成，見圖2。新蒸汽經(jīng)蒸汽濾網(wǎng)流向閥碟，該閥碟裝有一卸荷閥碟，以減少速關(guān)閥開啟時的提升力。速關(guān)閥由調(diào)節(jié)油控制，通過液壓組合件和油動機(jī)共同來完成開啟過程。油動機(jī)主要由缸體、活塞、活塞盤、彈簧、試驗活塞、彈簧座等組成。先建立的啟動油經(jīng)接口F到活塞（14）右側(cè)，使活塞克服彈簧（12）力并將其壓向活塞盤（15），使活塞盤與活塞形成密封并成為整體[3]，而后由液壓組合件來的速關(guān)油經(jīng)接口E進(jìn)入活塞盤左側(cè)，速關(guān)油壓力克服彈簧力將活塞盤和活塞一起推到試驗活塞（17）的終點(diǎn)位置[4]，閥桿右端與活塞盤連接，速關(guān)閥隨活塞盤的移動而開啟；此時，活塞右側(cè)的空間經(jīng)回油接口T和液壓組合件中的回油口相通。在手動緊急停機(jī)閥或緊急停機(jī)電磁閥動作時，速關(guān)閥油動機(jī)活塞盤左側(cè)的速關(guān)油壓急劇下降，彈簧力迅速推動活塞盤、閥桿、閥碟關(guān)閉?；钊P左側(cè)殘留的部分速關(guān)油流入活塞和彈簧空間并經(jīng)回油口T排出。

圖2 速關(guān)閥

速關(guān)組合件是小機(jī)保安和控制系統(tǒng)的集合，能實現(xiàn)小機(jī)正常啟停機(jī)、電動與手動緊急停機(jī)、速關(guān)閥的啟閉[5]。主要由停機(jī)電磁閥2222、2223，速關(guān)油電磁閥1842、啟動油電磁閥1843，試驗電磁閥2309，手動停機(jī)閥2250，溢流閥1853以及插裝閥Gg16、Gg40組成，見圖3。

圖3 速關(guān)組合件

掛閘時，速關(guān)油電磁閥1842、啟動油電磁閥1843同時得電，時間繼電器開始計時，電磁閥1842的A口與T口導(dǎo)通，P口與B口導(dǎo)通，Gg16插裝閥關(guān)閉，E1與E2通道切斷；同時，電磁閥1843的P口與B口導(dǎo)通，建立開關(guān)油M和啟動油F。開關(guān)油M使危急保安器的滑閥處于工作位置，壓力油從接口P經(jīng)節(jié)流孔板進(jìn)入危急保安器，其中的速關(guān)油回油被切斷，而使速關(guān)油流入速關(guān)組合件[3]。延時15秒，電磁閥1842失電復(fù)位，E1與E2導(dǎo)通建立速關(guān)油進(jìn)入速關(guān)閥，此時速關(guān)油E和啟動油F分別處于速關(guān)閥油動機(jī)活塞兩側(cè)，依靠溢流閥1853的限壓作用，使速關(guān)油壓E高于啟動油壓F約0.05MPa，啟動油緩慢卸掉，活塞與活塞盤整體在速關(guān)油的壓力作用下推動速關(guān)閥緩慢開啟[6]。60秒后，啟動油電磁閥失電復(fù)位，啟動油與回油T口連通，速關(guān)閥全開[7]。

當(dāng)任一跳閘信號觸發(fā)小機(jī)保安系統(tǒng)或手動打閘時，都會使速關(guān)油急劇泄壓至零，彈簧力迅速關(guān)閉速關(guān)閥。

2.2 故障原因分析

2.2.1 熱控方面

（1）測量回路信號干擾，干擾信號串入速關(guān)閥位反饋回路。

（2）速關(guān)閥線性位移差動變送器（LVDT）故障。

（3）MEH速關(guān)閥相關(guān)的卡件或其他部件故障。

2.2.2 機(jī)務(wù)方面

（1）速關(guān)閥閥位反饋機(jī)械連接件松脫，在有振動源的情況下，連接件的往復(fù)性位移。

（2）調(diào)節(jié)油系統(tǒng)少量的泄漏，致速關(guān)油壓可見的或未見的下降。

液壓系統(tǒng)的泄漏，是指介質(zhì)油液由于某種不被希望發(fā)生的原因越過了邊界，從一個空間進(jìn)入另一個空間的現(xiàn)象[8]。泄漏分為外漏和內(nèi)漏。外漏是指油液漏到了系統(tǒng)外面，內(nèi)漏是指液壓元器件內(nèi)部油液的泄漏。油質(zhì)劣化時，油中雜質(zhì)顆粒附著于調(diào)節(jié)油系統(tǒng)及危急保安裝置的滑閥、插裝閥、電磁閥、單向閥等部件，造成卡澀、不到位，形成內(nèi)漏；上述閥門及油動機(jī)等部件的密封件沖刷、磨損、老化，亦會造成內(nèi)漏。微量的外漏或內(nèi)漏，造成速關(guān)油壓可見的或未見的下降，最終都會使其作用于速關(guān)閥油動機(jī)活塞上的壓力降低，推力減小。

圖2可見，速關(guān)閥上主要有順蒸汽汽流方向作用在閥碟上的壓力F，油動機(jī)活塞盤上的彈簧力f，速關(guān)油作用于油動機(jī)活塞盤的壓力F′；f是恒定的，F(xiàn)′在速關(guān)油漏流量穩(wěn)定情況下也視為不變。正常工作時，速關(guān)閥全開，F(xiàn)+f≤F′。當(dāng)速關(guān)油泄漏量小于進(jìn)入危急保安裝置P口節(jié)流孔板的油量時，微量的壓降，雖然可能不為監(jiān)測的速關(guān)油壓所反映，但F′會小于原值。進(jìn)入流關(guān)型速關(guān)閥的蒸汽流量、壓力等參數(shù)增至某一臨界點(diǎn)時，順蒸汽汽流方向作用在速關(guān)閥閥碟上的壓力F和活塞盤上彈簧力f之負(fù)向合力大于速關(guān)油作用于油動機(jī)活塞盤的正向壓力F′時（F+f>F′），速關(guān)閥趨向關(guān)小，直至平衡（F+f=F′）而穩(wěn)定于某個閥位；反之，速關(guān)閥趨向開大，直至平衡。如此，速關(guān)閥閥位隨其進(jìn)汽參數(shù)變化而有限波動。

速關(guān)閥油動機(jī)E、T油口，T、F油口間裝有兩道開口軸用密封，聚四氟乙烯材質(zhì)，規(guī)格D220×240.7×8.1，主要起定位、導(dǎo)向、密封活塞作用，裝配中軸用密封可有弧長約0-5mm的開口。若這兩道軸用密封開口未控制好，間隙偏大，密封效果下降，速關(guān)油經(jīng)T回油口的泄漏量會增加，以E、T油口間這道密封影響更大。由于這個開口截面泄漏量是恒定的，也使得運(yùn)行中速關(guān)閥閥位規(guī)律的波動有著良好的重現(xiàn)性。

3 故障處理過程

3.1 檢查排摸

（1）熱控檢測MEH及3A速關(guān)閥測量回路信號、硬件等，未見異常；

（2）檢查速3A速關(guān)閥關(guān)閥閥位反饋機(jī)械連接件無松動；

（3）油質(zhì)化驗合格；檢查調(diào)節(jié)油系統(tǒng)無外漏；點(diǎn)溫計測量速關(guān)組合件模塊各個電磁閥、危急保安器閥體溫度正常；點(diǎn)溫計測量速關(guān)閥上4根、危急保安器上3根進(jìn)回油管遠(yuǎn)端溫度（減少汽缸等高溫?zé)嵩从绊懀┪匆娒黠@異常；鑒于3A小機(jī)靜態(tài)試驗時掛閘、打閘正常，各相關(guān)油壓正常，基本排除上述各閥門存在明顯泄漏，不排除存在微量的泄漏。

（4）運(yùn)行時無較好的檢測速關(guān)閥軸用密封開口間隙方法，結(jié)合C修更換過該軸用密封及故障分析，基本判斷該E、T油口間軸用密封開口間隙偏大。

3.2 運(yùn)行處理

速關(guān)油泄漏量可控，閥位波動輕微有限，加強(qiáng)監(jiān)視為主，同時將速關(guān)閥松動試驗關(guān)小20%定值改至10%，減少擾動。

3.3 檢修處理

機(jī)組調(diào)停機(jī)會，解體檢查3A速關(guān)閥，測量E、T，T、F油口間軸用密封開口間隙弧長分別為約20mm、5 mm，遂更換備件，控制間隙弧長不大于5mm?；謴?fù)運(yùn)行后速關(guān)閥閥位無波動，故障消除。

4 結(jié)論

速關(guān)閥油動機(jī)軸用密封開口間隙偏大是樂清發(fā)電公司NK63/71/0型給水泵汽輪機(jī)速關(guān)閥閥位波動的根本原因。通過故障分析診斷，找出了故障點(diǎn)，評估了風(fēng)險，避免了不必要的出系檢修，在合適的時機(jī)檢修消除了隱患。同時制訂了防范措施，增加了修后速關(guān)閥油動機(jī)軸用密封開口間隙驗收標(biāo)準(zhǔn)。期望上述分析及處理能對類似機(jī)組的故障分析和應(yīng)對有所借鑒。