600MW汽輪機(jī)EH油系統(tǒng)伺服閥內(nèi)漏常見(jiàn)故障分析

大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司 支雁鵬

某電廠7號(hào)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NJK600-16.7/538/538型亞臨界間接空冷凝汽式汽輪機(jī)組，所配套EH油系統(tǒng)包括油箱、高壓柱塞泵、油動(dòng)機(jī)、蓄能器等其他相關(guān)部件，基本功能是提供汽輪機(jī)組核心控制部分所需的動(dòng)力油并驅(qū)動(dòng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2019年4月機(jī)組小修后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試試運(yùn)，抗燃油泵出口母管油壓為13Mpa（正常運(yùn)行時(shí)油泵啟動(dòng)后壓力為14.0±0.5Mpa），較正常運(yùn)行偏低且抗燃油箱油溫緩慢上漲至60℃（正常運(yùn)行40～50℃），嚴(yán)重影響機(jī)組正常啟動(dòng)和安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 原因分析及處理

1.1 原因分析

EH油系統(tǒng)試運(yùn)時(shí)母管油壓低、油溫緩慢升高，主要由外界環(huán)境因素及系統(tǒng)自身內(nèi)泄所造成的。此時(shí)EH油系統(tǒng)調(diào)試時(shí)工作異常有不同方面的原因，而實(shí)際造成異常狀況的發(fā)生主要是由于系統(tǒng)內(nèi)泄過(guò)大所致，具體原因分析如下。

外界環(huán)境因素。導(dǎo)致母管油壓偏低的問(wèn)題系統(tǒng)可能存在外漏點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)及各設(shè)備的外漏點(diǎn)進(jìn)行檢查均未發(fā)現(xiàn)異常；檢查抗燃油泵出口濾網(wǎng)，抗燃油系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中若任一濾網(wǎng)堵塞都有可能引起系統(tǒng)的壓力降低，對(duì)油泵出口濾芯進(jìn)行檢查是否存在堵塞現(xiàn)象，將濾芯更換甚至拆除后母管壓力均未變，排除了濾網(wǎng)堵塞造成壓力降低的可能。

EH油冷卻系統(tǒng)異常。針對(duì)此問(wèn)題，曾對(duì)抗燃油冷卻器進(jìn)行切換投入雙冷卻器、冷卻水管及冷卻器排空、冷卻水控制電磁閥和冷卻水出入口截止閥進(jìn)行檢查均無(wú)異常，且抗燃油溫?zé)o明顯下降，說(shuō)明冷卻系統(tǒng)投運(yùn)正常。

油泵出口集成裝置溢流閥泄漏。油泵出口集成裝置溢流閥設(shè)定值為>17±0.2MPa時(shí)溢流，若閥芯卡澀或定值偏低會(huì)導(dǎo)致泵出口回流至油箱，油管也會(huì)發(fā)熱。經(jīng)檢查溢流管無(wú)異常，可基本排除溢流閥存在故障的問(wèn)題。

蓄能器短路。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，油動(dòng)機(jī)入口蓄能器進(jìn)油閥保持開(kāi)啟，回油閥處于開(kāi)啟狀態(tài)。若回油閥未關(guān)到位，高壓油會(huì)直接短路回流至油箱，蓄能器回油管路會(huì)持續(xù)發(fā)熱，造成油箱油溫持續(xù)升高、油壓偏低。經(jīng)確認(rèn)蓄能器回油管路無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象，可排除蓄能器短路的原因。

EH油泵變量調(diào)整機(jī)構(gòu)故障。本系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)恒壓變量柱塞泵，正常運(yùn)行時(shí)可維持系統(tǒng)供油壓力在14±0.5MPa左右。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時(shí)EH油泵會(huì)根據(jù)油壓變化情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持系統(tǒng)所需的供油量。當(dāng)泵體調(diào)壓閥工作異常，其中一部分高壓油會(huì)回流至油箱造成母管油壓變化。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)調(diào)壓閥功能進(jìn)行大流量沖洗和試驗(yàn)后仍存在母管壓力偏低的現(xiàn)象，因此排除EH油泵變量調(diào)整機(jī)構(gòu)故障的可能性。

伺服閥內(nèi)漏嚴(yán)重。在排除外界壞境因素的可能性后，發(fā)生系統(tǒng)母管壓力降低的最大可能原因?yàn)楦髡{(diào)速閥門(mén)的電磁閥內(nèi)漏所致。為進(jìn)一步確定，啟動(dòng)高備泵就地對(duì)主機(jī)掛閘進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，掛閘后發(fā)現(xiàn)母管油壓恢復(fù)正常。就地檢查OPCATS集成塊無(wú)壓回油母管溫度逐漸降低，油箱油溫也恢復(fù)正常，掛閘后將無(wú)壓回油管路切斷，說(shuō)明抗燃油系統(tǒng)各主汽調(diào)門(mén)某一個(gè)油動(dòng)機(jī)伺服閥內(nèi)漏較嚴(yán)重導(dǎo)致母管壓力低，且抗燃油在管道內(nèi)打循環(huán)，高速油流與管道摩擦生熱造成抗燃油溫升高，掛閘將整個(gè)油路切斷后內(nèi)漏現(xiàn)象便無(wú)法通過(guò)無(wú)壓回油管道返回油箱。

進(jìn)一步分析出現(xiàn)問(wèn)題的原因需逐一對(duì)EH油系統(tǒng)每臺(tái)油動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)隔離，觀察母管壓力是否變化，以此來(lái)判斷油動(dòng)機(jī)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)漏較大的問(wèn)題。當(dāng)隔離到二號(hào)中壓主汽油動(dòng)機(jī)時(shí)，系統(tǒng)母管壓力迅速恢復(fù)到正常值14.5MPa（145bar），說(shuō)明伺服閥內(nèi)漏較嚴(yán)重。繼續(xù)隔離其余油動(dòng)機(jī)時(shí)均未發(fā)生母管油壓有變化，證明其余油動(dòng)機(jī)電液伺服閥及快速卸載閥不存在泄漏，故無(wú)需對(duì)各汽門(mén)油動(dòng)機(jī)的快速卸載閥進(jìn)行解體檢查及對(duì)電液伺服閥進(jìn)行更換處理。

隨著伺服閥閥口磨損腐蝕，伺服閥內(nèi)漏程度會(huì)隨時(shí)間的增加而增大。伺服閥正常運(yùn)行其實(shí)是允許有一定的泄漏量，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后閥套與閥芯之間磨損會(huì)增加，噴嘴擋板也會(huì)存在內(nèi)漏。因噴嘴擋板處的內(nèi)漏量變化不是很大，因此主要集中在閥套與閥芯之間的內(nèi)漏。目前國(guó)內(nèi)外大型機(jī)組伺服閥大多數(shù)是零開(kāi)口型，即在零位時(shí)閥芯凸肩剛好與閥套重疊、蓋住開(kāi)口部位。由于長(zhǎng)期工作，閥套與閥芯之間會(huì)不斷磨損使間隙增大，閥芯的凸肩被沖刷為圓弧形狀造成內(nèi)漏量增大。另外伺服閥閥芯經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)零偏現(xiàn)象，也會(huì)使泄漏量增大，回油溫度升高壓力下降等現(xiàn)象。

1.2 處理效果

通過(guò)分析與排查結(jié)果對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的伺服閥進(jìn)行更換，系統(tǒng)投運(yùn)后故障得到解決。通過(guò)解體伺服閥發(fā)現(xiàn)閥芯與閥套有嚴(yán)重磨損的情況，并進(jìn)行汽輪機(jī)各調(diào)速閥門(mén)的開(kāi)關(guān)試驗(yàn)，EH油系統(tǒng)母管壓力恢復(fù)正常，油箱油溫逐步降至40℃左右，系統(tǒng)恢復(fù)正常。至此7號(hào)機(jī)組的EH油系統(tǒng)母管壓力低、油溫高的缺陷徹底消除，保證了機(jī)組的可靠運(yùn)行。

2 電液伺服閥內(nèi)漏分析

目前國(guó)內(nèi)外大型火電汽輪機(jī)組機(jī)組普遍采用機(jī)械反饋式電液伺服閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，它主要由力矩馬達(dá)、可動(dòng)銜鐵、反饋桿、噴嘴、閥芯、擋板、節(jié)流孔、過(guò)濾器等主要零部件組成（圖1）。此次異?，F(xiàn)象為2號(hào)中壓主汽閥油動(dòng)機(jī)電液伺服閥內(nèi)漏導(dǎo)致壓力低、油溫高，伺服閥是由一個(gè)力矩馬達(dá)和兩級(jí)液壓放大及機(jī)械反饋系統(tǒng)組成，其工作原理為：當(dāng)有電氣信號(hào)給指令輸入時(shí)電磁可動(dòng)銜鐵帶動(dòng)擋板轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近噴嘴的一側(cè)油壓發(fā)生變化，將使滑閥跟隨移動(dòng)，產(chǎn)生位移控制伺服閥的進(jìn)油和回油量，油口開(kāi)啟或關(guān)閉，同時(shí)控制高壓油源由此通向油動(dòng)機(jī)活塞下腔室操作油動(dòng)機(jī)活動(dòng)，以調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)的開(kāi)度。

圖1 機(jī)械反饋式電液伺服閥結(jié)構(gòu)圖

各主汽閥、調(diào)汽閥油動(dòng)機(jī)快速卸荷閥安裝在油動(dòng)機(jī)的液壓塊上，它主要作用是當(dāng)機(jī)組發(fā)生緊急情況時(shí)使油動(dòng)機(jī)活塞下的壓力油快速釋放。其結(jié)構(gòu)原理為滑閥下部的腔室與油動(dòng)機(jī)活塞下的高壓油相通，在滑閥底部有一小孔與滑閥上部相通，滑閥上部一路與危機(jī)遮斷油相通，另一路經(jīng)針閥與油動(dòng)機(jī)活塞上腔相通。正常運(yùn)行時(shí)滑閥上部的油壓作用力加上彈簧力大于滑閥下部高壓油的壓力，使滑閥壓在底座上，使其與回油相通的油口關(guān)閉（圖2）。

圖2 快速卸荷閥結(jié)構(gòu)圖

在機(jī)組未掛閘情況下，高壓抗燃油經(jīng)伺服閥進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞下腔室，同時(shí)下腔室與快速卸載閥下部相連通并通過(guò)小孔流入危急遮斷油，經(jīng)薄膜閥后通過(guò)無(wú)壓回油母管流回抗燃油箱。正常情況下油動(dòng)機(jī)伺服閥允許有一定的泄漏量，但此部分油的泄漏量不足以影響系統(tǒng)抗燃油母管的油壓，當(dāng)電液伺服閥閥芯內(nèi)漏量較大時(shí)，通過(guò)快速卸載閥經(jīng)節(jié)流小孔流回系統(tǒng)無(wú)壓回油母管當(dāng)中，便會(huì)使系統(tǒng)母管油壓維持不住，當(dāng)機(jī)組掛閘后便切斷了危急遮斷油的回油通道，此部分油無(wú)法卸掉，母管油壓便恢復(fù)正常（圖3）。

圖3 控制型執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓原理圖

3 采取的措施及建議

加強(qiáng)油質(zhì)監(jiān)督的管理。EH油普遍采用磷酸酯抗燃油，屬于后期人工合成油，在使用過(guò)程中極易發(fā)生劣化變質(zhì)，主要表現(xiàn)為酸值升高、電阻率增大及污染顆粒度的增加。磷酸酯抗燃油一般要求顆粒污染度SAE AS4059F級(jí)≤6級(jí)，酸值mgKOH/g應(yīng)≤0.15。隨著機(jī)組檢修系統(tǒng)內(nèi)部油管道及死角部位沖洗不到位，油中含有顆粒度不達(dá)標(biāo)極易造成伺服閥卡澀，同時(shí)閥套與閥芯之間的磨損也會(huì)相應(yīng)增加。近幾年來(lái)通過(guò)實(shí)踐對(duì)油質(zhì)進(jìn)行分析和處理，發(fā)現(xiàn)EH油酸值的升高會(huì)對(duì)伺服閥內(nèi)部構(gòu)件產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕，特別是對(duì)閥套與閥芯銳邊間的腐蝕，這對(duì)于伺服閥的泄漏量起著至關(guān)重要的作用。為此化學(xué)監(jiān)督人員必須定期進(jìn)行油質(zhì)劣化分析，掌握劣化趨勢(shì)。同時(shí)要加強(qiáng)新油進(jìn)廠供貨渠道的管理工作，補(bǔ)油前要符合混油試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并使用專用的濾油設(shè)備。

加強(qiáng)伺服閥的管理。伺服閥的更換盡量選用與原機(jī)組同等型號(hào)規(guī)格的伺服閥，在使用一段時(shí)間后要定期使用專用設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，雖然普通的沖洗臺(tái)可清洗伺服閥，但作業(yè)環(huán)境也有較高的要求，不能徹底對(duì)伺服閥的性能進(jìn)行恢復(fù)，也無(wú)法判斷性能指標(biāo)是否滿足要求。因此需專用檢修設(shè)備對(duì)性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整修復(fù)，讓伺服閥始終處于最佳工作狀態(tài)，這樣不但可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命還可防患于未然。

改善伺服閥的工作環(huán)境。通過(guò)對(duì)電液伺服閥現(xiàn)場(chǎng)使用所處環(huán)境的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有些機(jī)組日常維護(hù)工作不到位，伺服閥工作環(huán)境周?chē)鸁嵩摧^多，此時(shí)伺服閥若長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下工作，對(duì)內(nèi)部構(gòu)件的工作特性有較大影響，直接影響伺服閥的性能特性；加強(qiáng)檢修過(guò)程的質(zhì)量管理。在檢修過(guò)程中要認(rèn)真清洗各管路和元件，系統(tǒng)檢修時(shí)要及時(shí)封堵管口，防止空氣中的灰塵及雜物進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)中所使用的“O”型圈必須采用氟橡膠材質(zhì)，嚴(yán)禁使用其他材料代替，安裝前要對(duì)“O”型圈進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)檢查，防止不合格的“O”型圈使用在系統(tǒng)內(nèi)。發(fā)現(xiàn)有些機(jī)組伺服閥使用普通橡膠密封組件，這樣長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重腐蝕密封件導(dǎo)致油質(zhì)惡化并引起伺服閥泄漏。

加強(qiáng)定期清洗或更換伺服閥過(guò)濾器。經(jīng)過(guò)對(duì)伺服閥入口過(guò)濾器的跟蹤檢查發(fā)現(xiàn)，過(guò)濾器每隔半年就應(yīng)清洗或更換，由于過(guò)濾器清洗時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)均勻的褐色物質(zhì)，極易造成伺服閥卡澀粘結(jié)，致使閥門(mén)出現(xiàn)異常。如對(duì)整件伺服閥進(jìn)行更換則造成相當(dāng)大的的浪費(fèi)，因此一般采取清洗或更換伺服閥過(guò)濾器的方式，這樣既經(jīng)濟(jì)又能保證質(zhì)量，也不會(huì)改變伺服閥的性能；定期進(jìn)行閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)。在機(jī)組冷熱態(tài)啟動(dòng)和機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)必須制定具體的措施及方案進(jìn)行閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)，以保證伺服閥的安全可靠性。

綜上，國(guó)內(nèi)大型汽輪機(jī)組電液伺服閥都具備工作穩(wěn)定可靠、調(diào)節(jié)特性好、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)加工工藝及制造裝配的要求和系統(tǒng)油質(zhì)的要求很高。只要掌握了電液伺服閥的特性、了解它發(fā)生故障的原因及規(guī)律，就能盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，把故障所造成的損失與影響降到最低。