汽輪機(jī)遠(yuǎn)方打閘主汽門關(guān)閉緩慢原因及處理

趙為民 耿 杰 常永超

作者通聯(lián)：烏魯木齊石化公司熱電廠 烏魯木齊市米東區(qū)830019

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一、主汽門遠(yuǎn)方打閘后關(guān)閉緩慢的現(xiàn)象

CC50-8.83/4.02/1.27型汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，于2001年10月改造為數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，改造后每次開機(jī)，自動(dòng)主汽門均不同程度地出現(xiàn)遠(yuǎn)方打閘后關(guān)閉慢的現(xiàn)象。尤其是在2006年機(jī)組小修和2007年機(jī)組大修后，表現(xiàn)尤為突出。主要表現(xiàn)為遠(yuǎn)方打閘后主汽門關(guān)閉緩慢，甚至關(guān)閉后又出現(xiàn)一定程度自開現(xiàn)象。通過(guò)觀察，AST母管存在殘壓，殘壓最高時(shí)可達(dá)4MPa。

2006年機(jī)組小修后做試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)主汽門遠(yuǎn)方打閘后主汽門關(guān)閉緩慢，通過(guò)對(duì)AST電磁閥組（圖1）逐個(gè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)20-2、20-4閥組的任一閥油路敞開時(shí)，能完全泄去油壓，而當(dāng)20-1、20-3閥組的任一閥油路敞開時(shí)，卻不能完全泄去油壓。通過(guò)各種組合、閥門換位及各種方式的遠(yuǎn)方打閘試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障存在一定的偶然性。聯(lián)系汽輪機(jī)廠，專家建議將AST集成塊至無(wú)壓回油管線改為兩根，且集成塊泄油路短接內(nèi)徑由12mm擴(kuò)為16mm，AST電磁閥動(dòng)作后仍存在0.8～2MPa的殘壓。

圖1 電磁閥組

2007年機(jī)組大修后做遠(yuǎn)方打閘停機(jī)試驗(yàn)，同樣發(fā)生自動(dòng)主汽門遠(yuǎn)方掉閘緩慢、AST母管存在殘壓。在就地通過(guò)解脫滑閥打閘試驗(yàn)中，自動(dòng)主汽門均能迅速關(guān)閉，不存在掉閘慢的現(xiàn)象且AST母管不存在任何殘壓。為保證機(jī)組安全，決定將AST集成塊上4號(hào)電磁閥拆除換為絲堵，即油路敞開，以減小系統(tǒng)流體阻力。試驗(yàn)多次，主汽門每次均能快速關(guān)閉到位。由于就地控制回路和遠(yuǎn)方打閘控制回路不同，自動(dòng)主汽門遠(yuǎn)方掉閘速度慢的原因基本確定為AST電磁閥動(dòng)作后殘壓高，油壓不能及時(shí)泄去所致。

二、危急保安系統(tǒng)基本概況

改造為數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，超速保護(hù)系統(tǒng)中除布置有兩個(gè)并聯(lián)的超速保護(hù)電磁閥（OPC-1、2）外，保留的機(jī)械保安系統(tǒng)設(shè)置有兩只飛錘式危急遮斷器及危急遮斷器杠桿和滑閥，通過(guò)就地打閘或危急遮斷器的遮斷器杠桿，壓下危急遮斷器滑閥，泄掉薄膜閥上腔的保安油，使EH油系統(tǒng)通過(guò)薄膜閥泄壓停機(jī)。除此以外，在EH油系統(tǒng)中還布置有四個(gè)二“或”一“與”的（AST-1、2、3、4）停機(jī)電磁閥組件，用來(lái)接收各種保護(hù)停機(jī)信號(hào)，遮斷汽輪發(fā)電機(jī)組。

四個(gè)串并聯(lián)布置的AST電磁閥（直流220V的先導(dǎo)式電磁閥）是由DEH系統(tǒng)的自動(dòng)停機(jī)保護(hù)部分所控制，正常運(yùn)行時(shí)這四個(gè)AST電磁閥是失電關(guān)閉的，封閉了AST母管的泄油通道，使各主汽門和調(diào)節(jié)汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞的下腔建立起油壓，當(dāng)機(jī)組發(fā)生危急情況時(shí)，AST信號(hào)輸出，這四個(gè)電磁閥就帶電打開，使AST母管油液經(jīng)無(wú)壓回油管路排至EH油箱。這樣主汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和各調(diào)節(jié)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的泄荷閥就快速打開，使主汽門、各調(diào)門及旋轉(zhuǎn)隔板快速關(guān)閉。

四個(gè)AST電磁閥布置成串并聯(lián)方式，目的是為了保證汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性，AST1和AST3、AST2和AST4每組并聯(lián)連接，然后兩組串聯(lián)連接，這樣在汽輪機(jī)危急遮斷時(shí)每組中只要有一個(gè)電磁閥動(dòng)作，就可以將AST母管中的壓力油泄去，從而保證汽輪機(jī)的安全。在復(fù)位時(shí)，兩組電磁閥只要有一組關(guān)閉，就可以使AST母管中建立起油壓，使汽輪機(jī)具備啟機(jī)條件。

三、遠(yuǎn)方掉閘后AST母管殘壓高原因分析

調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造后，檢修后開機(jī)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)主汽門遠(yuǎn)方打閘關(guān)閉緩慢，甚至關(guān)閉后又出現(xiàn)自開，AST油母管殘壓通過(guò)多次試驗(yàn)（隔膜閥動(dòng)作和主汽門關(guān)閉電磁閥動(dòng)作，AST油壓均能泄去），基本確定為AST電磁閥動(dòng)作后殘壓高，油壓不能及時(shí)泄去所致。

1.AST電磁閥及集成塊過(guò)流件核算

電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用的AST電磁閥型號(hào)為GS06 0600V先導(dǎo)式電磁閥，通電時(shí)，電磁力作用于先導(dǎo)閥芯打開泄壓通道，主閥芯上腔室壓力迅速下降形成上低下高的壓差，流體壓力推動(dòng)主閥芯向上移動(dòng)泄去油壓；斷電時(shí)，彈簧力下壓先導(dǎo)閥芯關(guān)閉泄壓通道，入口壓力通過(guò)先導(dǎo)孔作用于主閥芯上腔室，流體壓力推動(dòng)主閥芯向下移動(dòng)，關(guān)閉電磁閥。

（1）通過(guò)GS06 0600V先導(dǎo)式電磁閥說(shuō)明書給定的參數(shù)及實(shí)測(cè)尺寸，計(jì)算主閥芯全部開啟理論最小壓差（不考慮摩擦阻力、卡澀等情況）。主閥芯全部開啟理論最小壓差為0.045MPa，對(duì)比電磁閥說(shuō)明書，最小啟座壓差0.3MPa，0.5MPa壓差下額定流量190L/min。

（2）核算AST進(jìn)油排油面積。AST進(jìn)油由10個(gè)節(jié)流孔產(chǎn)生，孔徑0.5～0.8mm，按0.8mm計(jì)算。各處排油均按最小面積核算，則相關(guān)進(jìn)油、排油面積見表1。

表1 進(jìn)油、排油面積核算

2.AST殘壓高原因分析

（1）油路分析。由集成塊油路示意圖（圖2）可見，圖2中虛線部分為AST油壓；點(diǎn)劃線部分為ASP腔室壓力；實(shí)線部分為無(wú)壓回油。AST油壓經(jīng)過(guò)第一節(jié)流孔，形成ASP腔室壓力，ASP腔室經(jīng)過(guò)第二節(jié)流孔進(jìn)入無(wú)壓回油。節(jié)流孔除形成油壓外，也擔(dān)負(fù)著排除系統(tǒng)中空氣的作用。因?yàn)殡姶砰y高進(jìn)低出，1、3閥組和2、4閥組進(jìn)油都存在盲端，由于節(jié)流孔位置和高度的關(guān)系，不能完全排除盲端空氣，尤其是2、4閥組入口，因?yàn)?、3閥組動(dòng)作后，泄油經(jīng)過(guò)兩次折流且遠(yuǎn)離節(jié)流孔，無(wú)法排除空氣。

圖2 集成塊油路

（2）電磁閥結(jié)構(gòu)分析。GS06 0600V先導(dǎo)式電磁閥屬于可雙向安裝，先導(dǎo)閥泄油有逆止閥。因?yàn)?、3閥組有背壓（ASP腔室壓力4.2～8.9MPa），先導(dǎo)閥泄油逆止閥有必要，而2、4閥組背壓為零，泄油逆止閥的存在使泄油面積由4.15mm2減少到1.54mm2。

3.液壓系統(tǒng)特性

（1）液壓卡緊。液壓元件一般都是采用圓柱滑閥結(jié)構(gòu)，閥芯和閥體從理論上講是應(yīng)該完全同心的，不管它在多大壓力下工作，移動(dòng)閥芯所需要的力只須克服粘性摩擦力就行，數(shù)值上應(yīng)該是很小的。實(shí)際上并非如此，特別是中高壓系統(tǒng)中，常產(chǎn)生很大的軸向卡緊力，尤其是在閥芯停止運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后再開啟，有時(shí)往往需要數(shù)十牛頓甚至數(shù)百牛頓的推力才能使閥芯移動(dòng)，這就是滑閥的軸向卡緊現(xiàn)象。

產(chǎn)生液壓卡緊的原因有徑向液壓力不平衡，油液中極性分子的吸附作用，雜物楔入配合間隙，滑閥幾何精度和同心度引起以及閥芯和閥套變形產(chǎn)生附加阻力等。

（2）氣穴。系統(tǒng)中進(jìn)入空氣或介質(zhì)中溶解的空氣，由于壓力變化，如在低壓區(qū)的油液體積較大，流到高壓區(qū)受壓縮，體積突然縮小，當(dāng)又流到低壓區(qū)體積突然增大產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。AST電磁閥動(dòng)作后，壓力急劇下降，氣穴通過(guò)閥口壓力降到低于大氣壓（噴流狀態(tài)），溶解于油中的空氣便分離出來(lái)，產(chǎn)生大量氣泡，這些氣泡造成泄壓困難及電磁閥不能完全開啟。這也可以從試驗(yàn)過(guò)程中AST電磁閥動(dòng)作后強(qiáng)烈的噪聲加以驗(yàn)證。

綜合以上可以認(rèn)為，主汽門打閘關(guān)閉緩慢的原因是由于集成塊油路的設(shè)計(jì)不夠完善，造成AST電磁閥進(jìn)油口集聚空氣不能完全排除，而試驗(yàn)過(guò)程中多次拆裝電磁閥，造成油路中空氣大量和多次的集聚形成氣穴，再加上液壓卡緊、油液黏阻等特性造成的。

四、解決AST母管殘壓高的措施及效果

2008年利用機(jī)組小修時(shí)對(duì)AST集成塊進(jìn)行改造，改造后的AST組件，仍然是4個(gè)串并聯(lián)布置的AST電磁閥，控制原理與原設(shè)備相同。不同的是每個(gè)電磁閥控制一個(gè)插裝閥，由高壓油母管引出一路油，通過(guò)電磁閥封閉，作用在各自對(duì)應(yīng)的插裝閥上腔，形成先導(dǎo)油，先導(dǎo)油壓住插裝閥的杯閥，這樣杯閥就封住了其下部的AST母管的泄油通道。當(dāng)AST信號(hào)輸出，這四個(gè)電磁閥就帶電打開，泄掉各插裝閥的先導(dǎo)油，使插裝閥打開，由插裝閥控制的AST母管油液經(jīng)無(wú)壓回油管路排至EH油箱。

改造后的AST集成塊上采用的插裝閥通徑為25mm，排油面積加大，并且流道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，泄油狀況大大改善。機(jī)組小修后的試驗(yàn)中，遠(yuǎn)方打閘自動(dòng)主汽門迅速關(guān)閉，系統(tǒng)無(wú)殘壓，連續(xù)試驗(yàn)多次均正常，徹底消除了自動(dòng)主汽門遠(yuǎn)方掉閘慢的重大隱患。 W13.02-08