某機(jī)組汽輪機(jī)危急遮斷裝置故障分析與處理

范志強(qiáng)， 段學(xué)友， 溫 玥， 云 杰

(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020)

1 概況

內(nèi)蒙古某燃?xì)怆姀S發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)為南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LZN60-5.7/0.58型雙壓、單軸、單缸、沖動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)，整個(gè)汽缸由汽缸前部(前汽缸)、汽缸中部(中汽缸)、排汽部(后汽缸)三段組成。汽缸前部(第1級(jí)至第6級(jí))為雙層結(jié)構(gòu)，分為高壓內(nèi)缸和高壓外缸。汽缸內(nèi)有高壓蒸汽室、高壓內(nèi)缸、三級(jí)隔板套、前汽封和后汽封等部套。

1.1 汽輪機(jī)機(jī)械超速遮斷系統(tǒng)介紹

機(jī)械超速遮斷系統(tǒng)由飛環(huán)、碰鉤、滑閥、手動(dòng)遮斷手柄、試驗(yàn)手柄、隔膜閥等組成(如圖1所示)。

圖1 機(jī)械超速遮斷系統(tǒng)圖

該機(jī)組的機(jī)械超速保護(hù)為飛環(huán)式，飛環(huán)重心不在轉(zhuǎn)子的中心線上，有一定的位移偏置，旋轉(zhuǎn)時(shí)可產(chǎn)生離心力。正常運(yùn)行時(shí)，因其離心力小于彈簧的預(yù)緊力而不能飛出。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)一定數(shù)值(額定轉(zhuǎn)速的109%～111%)，飛環(huán)的離心力大于彈簧力，飛環(huán)飛出，撞擊碰鉤，并帶動(dòng)遮斷滑閥右移，泄去隔膜閥頂上的保安油壓，隔膜閥向上打開，快速泄去調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全油壓，從而使自動(dòng)主汽門、調(diào)節(jié)汽門及各抽汽逆止門快速關(guān)閉，切斷汽輪機(jī)的全部進(jìn)汽，防止轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升，保護(hù)主機(jī)的安全。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，飛環(huán)復(fù)位，汽輪機(jī)可重新掛閘。該機(jī)組也可以通過(guò)扳動(dòng)就地的手動(dòng)遮斷手柄到“遮斷”位置，連桿推動(dòng)碰鉤旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)遮斷滑閥右移，使機(jī)組遮斷，與飛環(huán)原理相同。

1.2 噴油試驗(yàn)介紹

噴油試驗(yàn)可用來(lái)檢測(cè)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)機(jī)械飛環(huán)是否能夠正常動(dòng)作。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定，飛環(huán)所受的離心力一定，飛環(huán)飛出所需的推力也就是一定的。試驗(yàn)前必須把試驗(yàn)手柄扳至“試驗(yàn)”位置，將脫扣油和到隔膜閥的油斷開。打開噴油試驗(yàn)閥，主油泵的高壓油以很快的速度沖進(jìn)飛環(huán)所在的腔室，增加飛環(huán)的離心力。如果飛環(huán)飛出的噴油壓力與設(shè)定值相同，就能保證飛環(huán)在預(yù)定的轉(zhuǎn)速下飛出，使脫扣油泄壓。由于脫扣油和系統(tǒng)已經(jīng)隔開，控制隔膜閥的母管油壓不會(huì)下降，因此不會(huì)引起隔膜閥動(dòng)作。噴油試驗(yàn)示意圖如圖2所示。當(dāng)手柄扳至試驗(yàn)位置時(shí)，可進(jìn)行噴油試驗(yàn)，當(dāng)手柄扳至正常位置時(shí)不可進(jìn)行噴油試驗(yàn)。

圖2 噴油試驗(yàn)示意圖

2 故障現(xiàn)象

2021年7月2日，汽輪機(jī)沖車至3 000 r/min后，進(jìn)行汽輪機(jī)噴油試驗(yàn)。21時(shí)20分，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至2 800 r/min，就地投入1號(hào)飛環(huán)試驗(yàn)位，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)_至3 000 r/min，飛環(huán)未動(dòng)作。拉就地操作桿強(qiáng)制1號(hào)飛環(huán)動(dòng)作，1號(hào)飛環(huán)仍未飛出，1號(hào)危急遮斷裝置未動(dòng)作。就地將試驗(yàn)位轉(zhuǎn)盤至2號(hào)飛環(huán)位，拉就地操作桿1、2號(hào)飛環(huán)同時(shí)飛出，兩個(gè)危急遮斷裝置同時(shí)動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘。再次掛閘，沖至3 000 r/min，穩(wěn)定運(yùn)行5 min后，2號(hào)危急遮斷裝置彈出，汽輪機(jī)跳閘，惰走過(guò)程中，掛閘復(fù)位不成功，2號(hào)飛環(huán)在遮斷位。待轉(zhuǎn)速降至2 200 r/min以下時(shí)，就地復(fù)位掛閘成功，2號(hào)飛環(huán)復(fù)位。1 h后再次沖轉(zhuǎn)，目標(biāo)3 000 r/min，轉(zhuǎn)速升至2 632 r/min時(shí)，兩個(gè)危急遮斷裝置動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，惰走過(guò)程中，就地復(fù)位手柄與集控室盤前按鈕均無(wú)法復(fù)位掛閘，危急遮斷裝置有機(jī)械卡澀聲音，惰走至0 r/min后投入盤車。7月3日3時(shí)15分再次掛閘沖車，沖至2 631 r/min時(shí)，兩個(gè)危急遮斷裝置再次動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘。

3 故障原因分析及檢查

汽輪機(jī)機(jī)械超速噴油試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)危急遮斷裝置動(dòng)作轉(zhuǎn)速不規(guī)律現(xiàn)象，需要對(duì)危急遮斷系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

1) 對(duì)隔膜閥進(jìn)行了檢查，沒有存在卡澀等影響閥門性能的故障。隔膜閥問題可以排除。

2) 掛閘后，對(duì)前箱內(nèi)低壓安全油管道及管道接頭進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)外漏泄油。

3) 掛閘后，檢查危急遮斷滑閥及試驗(yàn)滑閥泄油口，較為嚴(yán)密，無(wú)噴油現(xiàn)象；檢查危急遮斷滑閥閥芯，表面光滑，密封嚴(yán)密。

4) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)油的節(jié)流孔進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異物堵塞，清洗干凈后復(fù)裝。

5) 注油環(huán)與前箱小軸間隙0.6 mm，遠(yuǎn)超0.1 mm標(biāo)準(zhǔn)值要求，因此噴油試驗(yàn)時(shí)，注油環(huán)泄油量偏大。注油環(huán)如圖3所示。

圖3 注油環(huán)

6) 檢查飛環(huán)與危急遮斷掛鉤的間隙，間隙值沒有達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)值1.0 mm，飛環(huán)與危急遮斷掛鉤的間隙偏小。因此導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)危急遮斷裝置動(dòng)作轉(zhuǎn)速偏小，飛出后也不能正常歸位，汽輪機(jī)無(wú)法掛閘。飛環(huán)與掛鉤間隙如圖4所示。

圖4 飛環(huán)與掛鉤間隙

4 故障處理

根據(jù)以上分析，危急遮斷裝置動(dòng)作不規(guī)律的主要原因?yàn)樽⒂铜h(huán)泄油量大以及飛環(huán)與危急遮斷掛鉤的間隙小。因此采取更換危急遮斷裝置注油環(huán)，同時(shí)對(duì)飛環(huán)與危急遮斷掛鉤的間隙調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)值1.0 mm，同時(shí)調(diào)整注油環(huán)與汽輪機(jī)小軸間隙至0.1 mm，以解決危急遮斷裝置提前動(dòng)作的問題。

2021年7月8日，汽輪機(jī)定速3 000 r/min，沖轉(zhuǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)危急遮斷裝置動(dòng)作情況。汽輪機(jī)定速后進(jìn)行噴油試驗(yàn)，就地投入試驗(yàn)轉(zhuǎn)盤，通過(guò)就地操作桿進(jìn)行操作，噴油試驗(yàn)成功。兩個(gè)危急遮斷裝置動(dòng)作正常，動(dòng)作后可以正常復(fù)位。2021年7月10日，在主汽門與主汽調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)合格后，投入機(jī)械超速試驗(yàn)，就地隔離1號(hào)危急遮斷裝置，2號(hào)飛環(huán)機(jī)械超速試驗(yàn)開始。2號(hào)飛環(huán)第一次動(dòng)作值為3 103.4 r/min，第二次動(dòng)作值為3 055 r/min，定值不合格。隔離2號(hào)危急遮斷裝置后對(duì)1號(hào)飛環(huán)進(jìn)行機(jī)械超速試驗(yàn)，第一次動(dòng)作值為3 178.7 r/min，第二次動(dòng)作值為2 933 r/min，動(dòng)作值不合格。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至0 r/min且盤車投入后，檢修人員打開前箱觀察窗對(duì)飛環(huán)進(jìn)行調(diào)整。

按照兩個(gè)飛環(huán)試驗(yàn)時(shí)的實(shí)際動(dòng)作值與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作值偏差對(duì)飛環(huán)緊度螺母進(jìn)行調(diào)整，1號(hào)飛環(huán)調(diào)整螺母按照順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)330°，2號(hào)飛環(huán)調(diào)整螺母按照順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)220°，整定兩飛環(huán)動(dòng)作值為標(biāo)準(zhǔn)值。2021年7月11日進(jìn)行機(jī)械超速噴油試驗(yàn)。隔離2號(hào)危急遮斷裝置，1號(hào)飛環(huán)動(dòng)作值為3 288 r/min。隔離1號(hào)危急遮斷裝置，2號(hào)飛環(huán)動(dòng)作值為3 279 r/min。1、2號(hào)飛環(huán)如圖5所示。

圖5 1、2號(hào)飛環(huán)

5 結(jié)論

由于危急遮斷裝置注油環(huán)泄油量大，飛環(huán)與危急遮斷掛鉤的間隙小導(dǎo)致機(jī)組不能順利掛閘及定速，飛環(huán)彈簧預(yù)緊力不合適導(dǎo)致機(jī)械超速噴油試驗(yàn)不合格。因此在機(jī)組的安裝、調(diào)試過(guò)程中技術(shù)人員要嚴(yán)格把關(guān)，確保汽輪機(jī)危急遮斷裝置按照技術(shù)規(guī)范及設(shè)備安裝說(shuō)明，完成安裝調(diào)試任務(wù)。另外，機(jī)組設(shè)備老舊后要進(jìn)行檢查和更換，尤其是高精度安裝要求的設(shè)備更要認(rèn)真檢查，避免檢修工期延誤及設(shè)備損壞等情況發(fā)生。此案例對(duì)其他基建機(jī)組或檢修機(jī)組也有借鑒意義，設(shè)備安裝要為調(diào)試和檢修奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ)。