600MW亞臨界汽輪機(jī)惰走時(shí)間長(zhǎng)解決方案研究與應(yīng)用

國(guó)家能源聊城發(fā)電有限公司 賈彥伏 孟慶軍 劉景文 楊 進(jìn) 付 晉

主汽門(mén)惰走時(shí)間長(zhǎng)是影響電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要缺陷，也是二十五項(xiàng)反措明確規(guī)定需解決的問(wèn)題。汽輪機(jī)停機(jī)后的惰走時(shí)間長(zhǎng)短直接取決于高壓主汽門(mén)的嚴(yán)密程度，高壓主汽門(mén)不嚴(yán)密會(huì)造成鍋爐水壓試驗(yàn)無(wú)法順利進(jìn)行，汽輪機(jī)停機(jī)后惰走時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)還會(huì)造成停機(jī)后汽輪機(jī)缸內(nèi)溫度下降快，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)之前轉(zhuǎn)速可能突升等多種問(wèn)題[1]。

1 機(jī)組存在的問(wèn)題分析及解決方案

1.1 改造前機(jī)組存在的問(wèn)題

我公司汽輪機(jī)型號(hào)為A157機(jī)型，高壓主汽門(mén)為臥式杠桿操控方式，近年來(lái)多次發(fā)生開(kāi)停機(jī)期間主汽門(mén)卡澀無(wú)法打開(kāi)或關(guān)閉，開(kāi)機(jī)時(shí)主汽門(mén)卡澀延誤開(kāi)機(jī)時(shí)間、停機(jī)后主汽門(mén)卡澀容易造成惰走時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)惰走時(shí)間4個(gè)小時(shí)以上，上述缺陷嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。由于高壓主汽門(mén)與中壓主汽門(mén)同時(shí)關(guān)閉到位是發(fā)電機(jī)跳閘的必要條件，因此一旦高壓主汽門(mén)無(wú)法關(guān)閉到位，將使得電機(jī)不能自動(dòng)跳閘，同時(shí)汽輪機(jī)也存在超速的危險(xiǎn)。從我公司一期機(jī)組停機(jī)惰走時(shí)間曲線可看出，惰走時(shí)間普遍超過(guò)2個(gè)半小時(shí)以上，說(shuō)明主汽門(mén)存在內(nèi)漏問(wèn)題，單純通過(guò)之后的汽門(mén)解體檢修研磨無(wú)法徹底消除內(nèi)漏問(wèn)題，無(wú)法根治惰走時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。

1.2 原因分析

一期機(jī)組目前陳舊落后的連接方式為杠桿式彈簧座，油動(dòng)機(jī)的力不是直接作用在閥桿上、而是通過(guò)杠桿再作用到閥桿上，在主汽閥的開(kāi)啟、關(guān)閉過(guò)程中，杠桿將以支架短柄一端為圓點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)高壓油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞下油室推動(dòng)活塞桿時(shí)，油動(dòng)機(jī)的提升力由杠桿放大一倍以克服彈簧力和阻力開(kāi)啟主汽閥；當(dāng)要求關(guān)閉主汽閥時(shí)，彈簧力克服阻力等推動(dòng)閥桿關(guān)閉主汽閥，同時(shí)拉動(dòng)杠桿推著油動(dòng)機(jī)活塞桿向零位移動(dòng)。

由于杠桿的存在帶來(lái)了諸多不便和隱患。此外，這種杠桿連接方式由于油動(dòng)機(jī)無(wú)法直接作用在閥桿上，閥頭的自重極易導(dǎo)致閥桿彎曲、造成開(kāi)關(guān)困難。主要體現(xiàn)在杠桿連接后，油動(dòng)機(jī)的用力方向無(wú)法平行于閥桿的方向，從而導(dǎo)致高壓主汽門(mén)開(kāi)啟困難。在關(guān)閉時(shí)，由于油動(dòng)機(jī)的用力方向不是直接作用在閥桿上，會(huì)存在一定的偏斜，而主汽門(mén)的閥桿襯套與閥座套筒的間隙不大，從而導(dǎo)致閥桿襯套與套筒卡澀，進(jìn)而使得高壓主汽門(mén)無(wú)法完全關(guān)閉到位。從軸向、重力方向和側(cè)向進(jìn)行受力分析[2]。

軸向受力分析。軸向受力應(yīng)滿足F〉R蒸汽+R閥桿+R杠桿+2R油動(dòng)機(jī)。式中，F(xiàn)為彈簧力、R蒸汽為蒸汽阻力、R閥桿為閥桿阻力、R杠桿為杠桿機(jī)構(gòu)阻力、R油動(dòng)機(jī)為油動(dòng)機(jī)阻力。主動(dòng)力：彈簧力5900kg（全關(guān)）～11300kg（全開(kāi)），阻力為蒸汽阻力與機(jī)械阻力。蒸汽阻力。若高調(diào)閥先于主汽閥關(guān)閉嚴(yán)密，則蒸汽作用力為阻力R蒸汽=10.2×（π×d2/4）×P=282.5×P；若主汽閥先于高調(diào)閥關(guān)閉嚴(yán)密，蒸汽作用力可幫助主汽閥關(guān)閉。式中d為門(mén)桿截面直徑，P為主蒸汽壓強(qiáng)、單位MPa；機(jī)械阻力。主要包括閥桿阻力、杠桿機(jī)構(gòu)阻力和油動(dòng)機(jī)阻力，存在不確定性。軸向受力分析表明，彈簧力相對(duì)蒸汽阻力和機(jī)械阻力偏小。

重力方向受力分析。門(mén)桿外伸懸臂外端受導(dǎo)桿、彈簧組和座架、導(dǎo)塊球面等作用形成力矩M=2038～2905Nm，導(dǎo)致門(mén)桿在高溫下發(fā)生彎曲變形；側(cè)向受力分析。油動(dòng)機(jī)活塞桿要受到一個(gè)杠桿施加的側(cè)向力作用。該側(cè)向力對(duì)主汽閥關(guān)閉有不利影響，當(dāng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)不暢(如杠桿平面被破壞)時(shí)會(huì)明顯增大，甚至導(dǎo)致主汽閥發(fā)生卡死故障。

1.3 解決方案

主汽門(mén)油動(dòng)機(jī)與閥桿在同一軸線上的設(shè)計(jì)能依托油動(dòng)機(jī)桿的作用實(shí)現(xiàn)閥桿不下墜，從而避免主汽門(mén)門(mén)桿下墜帶來(lái)閥座密封線的偏移，同時(shí)由于主汽門(mén)閥桿相對(duì)于閥體居中后，各部套的配合間隙相比于之前更加均勻，從而在開(kāi)關(guān)過(guò)程中消除卡澀（圖1）。

圖1 改造后的主汽門(mén)彈簧座設(shè)計(jì)型式

從圖1可看出，油動(dòng)機(jī)桿直接作用于閥桿上，從而消除了汽門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉過(guò)程中的汽門(mén)閥桿“耷拉頭”缺陷，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)無(wú)卡澀以及關(guān)閉后閥芯閥座能夠?qū)χ薪佑|從而保證嚴(yán)密性。從設(shè)計(jì)思路上對(duì)新的彈簧座與油動(dòng)機(jī)連接方式約束如下:

彈簧力應(yīng)滿足上汽亞臨界600MW汽輪機(jī)主汽門(mén)彈簧力的最新設(shè)計(jì)要求，且彈簧全關(guān)富裕行程10mm，需在油動(dòng)機(jī)桿與導(dǎo)桿配套時(shí)預(yù)留完畢；彈簧端部應(yīng)有導(dǎo)向裝置。由于不進(jìn)行閥門(mén)主體部分的改造，所以為確保現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，連接頭與閥桿的連接部分按原相應(yīng)部件（導(dǎo)塊）設(shè)計(jì)，并采用與原來(lái)相同的連接方式。

油動(dòng)機(jī)提升力應(yīng)滿足彈簧力及安全倍率的設(shè)計(jì)要求。此次改造由于油動(dòng)機(jī)由之前的“推缸”變?yōu)椤袄住?，所以?dòng)作邏輯彎曲相反，油動(dòng)機(jī)必須重新設(shè)計(jì)。此外，之前由于杠桿作用油動(dòng)機(jī)所需提升力較小，改造后由于油動(dòng)機(jī)直接作用于彈簧上，所以油動(dòng)機(jī)的提升力需要增大，只能通過(guò)油動(dòng)機(jī)油缸缸徑的擴(kuò)大來(lái)滿足；油動(dòng)機(jī)行程應(yīng)大于閥門(mén)機(jī)械行程加上油動(dòng)機(jī)的緩沖行程的和。由于油動(dòng)機(jī)活塞桿側(cè)油缸內(nèi)為壓力油，所以要求必須保證活塞桿密封件耐用，并能保持油動(dòng)機(jī)活塞處在機(jī)組正常運(yùn)行5年內(nèi)沒(méi)有EH油滲出情況。

表1 彈簧的比較

油動(dòng)機(jī)仍采用原有J761-001/003型伺服閥控制油動(dòng)機(jī)正常出油，改造后操縱機(jī)構(gòu)仍能使高壓主汽門(mén)在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中具備機(jī)組調(diào)速功能。此次改造，油動(dòng)機(jī)的進(jìn)油和回油模塊使用原新華模塊、即卸荷閥仍然使用DUMP閥，可靠性高；新設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)與高壓主汽門(mén)閥桿的連接部分能保證高壓主汽門(mén)解體檢修的方便性與機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的可靠性；從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上確保油動(dòng)機(jī)活塞桿與門(mén)桿等的同心度，降低門(mén)桿的傾向受力；位移反饋裝置LVDT仍采用雙支冗余。位移反饋裝置LVDT的安裝方式便于拆裝和調(diào)試，保證同心度及穩(wěn)定性，兩支LVDT相互之間無(wú)干擾；主汽門(mén)行程開(kāi)關(guān)數(shù)量與原來(lái)一致，安裝方式便于拆裝和調(diào)試。

2 實(shí)際運(yùn)行效果驗(yàn)證

我公司利用大修機(jī)會(huì)，對(duì)#1機(jī)組兩臺(tái)高壓主汽門(mén)彈簧座改造為油動(dòng)機(jī)直連型式（圖2）。在大修后的水壓試驗(yàn)中，該主汽門(mén)嚴(yán)密性好，高導(dǎo)管疏水管沒(méi)有因?yàn)橹髌T(mén)不嚴(yán)密造成進(jìn)水。改造完成后的調(diào)停停機(jī)過(guò)程中惰走時(shí)間64分鐘，相比之前大幅度下降，達(dá)到了改造目的。

圖2 改造后高壓主汽門(mén)彈簧座

3 結(jié)論

此次彈簧座與油動(dòng)機(jī)直連改造找到了多年來(lái)困擾主汽門(mén)安全穩(wěn)定運(yùn)行的直接原因，通過(guò)采用主汽門(mén)門(mén)桿與油動(dòng)機(jī)桿直連的方式，既解決了開(kāi)關(guān)過(guò)程中的卡澀問(wèn)題、又解決了停機(jī)后主汽門(mén)不嚴(yán)密造成的惰走時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，一舉兩得。與此同時(shí)，利用原有新華模塊的油動(dòng)機(jī)重新設(shè)計(jì)了油動(dòng)機(jī)進(jìn)回油模塊，在國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組上，該油缸與油動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合第一次使用，使用效果良好，具有一定的可推廣性。