錐度切換裝置在汽輪機潤滑油在線切換過程中的應用

宋大高

（常州思源電力設備有限公司，江蘇 常州 213125）

錐度切換裝置在汽輪機潤滑油在線切換過程中的應用

宋大高

（常州思源電力設備有限公司，江蘇 常州 213125）

汽輪機潤滑油系統在汽輪機安全運行中擔負著至關重要的作用，一旦供油系統出現斷油現象，就會給機組運行造成極大的影響，比如燒壞軸瓦，使機組無法運行。為了使機組能夠安全、可靠長時間運行，汽輪機潤滑油系統一般設計兩套潤滑油供油回路，兩套互為備用，目前這兩套共供油系統一般采用六通切換閥切換。目前常用六通切換閥存在造成使汽輪機斷油的風險，基于此，需要一種新型結構安全可靠的潤滑油在線切換裝置，可以極大降低該風險。

汽輪機；潤滑油系統；切換閥

雙鴨山某電廠汽輪發電機組在正常運行中突然出現主機跳閘事故，后查明原因發生該事故主要原因是由于汽輪機潤滑油系統切換裝置使用的板式切換閥（該閥的主要工作原理是通過切換手柄帶動凸輪從而推動閥板對主、備用冷油器進行在線切換）在使用過程中出現閥板連接部件脫落，導致本該與進出油口脫開的閥板堵死工作油口，造成供油管道斷油。

在呂四某電廠也發生過該類閥門密封件經常脫落造成管路內漏，給機組檢修工作帶來諸多不便。為盡可能的減少該類事故的發生，有必要采用一種全新內結構的潤滑油切換裝置，該裝置在根本上能夠杜絕此類事故的發生。

1 目前各類切換裝置實用性對比

1.1 使用六只傳統閘閥

優點在于：維護簡單。缺點為：壓力波動大、需要多名工人同時操作工作量大、占用空間大。

1.2 閥板式六通切換閥

該閥門主要優點為：切換壓力波動小、切換力矩小。缺點為：零部件繁多、結構復雜、密封圈容易脫落造成內漏、閥板容易脫落造成油路斷油，燒壞軸瓦甚至主機跳閘。

1.3 雙聯球閥

該閥門結構為兩只球閥串聯一起，依靠渦輪蝸桿換向切換，其優點在于：壓力波動小；缺點為：切換時間長、密封件老化、造價高。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

2 錐度切換裝置原理介紹

本裝置使用簡單的錐度面密封，即閥芯與閥體均為相同錐度，依靠兩者錐度面完全接觸實現獨立油路密封空間，切換時依靠逆時針旋轉提升手柄，通過提升螺桿提升依靠銷軸與閥芯連接的提升套使閥芯與閥體錐度脫開一定距離，再旋轉切換手柄，使閥芯工作腔切換到需要工作的位置，即可完成油路工作腔的轉換，最后再通過提升手柄順時針旋轉提升螺桿將閥芯與閥體錐度面在此吻合，重新起到密封作用。

圖6

使用時：只需將提升手柄（1）逆時針旋轉通過安裝在提升架（2）上的提升螺桿（11）的旋轉提升力使閥芯（5）提起與閥體（4）腔內部錐度脫開（此時腔體內部潤滑油北雙道密封圈（10）密封不會泄露），即可轉換切換手柄（12），切換手柄（12）帶動獨體閥芯（5）旋轉到閥芯限位塊（9），即可停止，并順時針旋緊提升手柄（1），再次使閥芯（5）與閥體（4）緊密接觸起到密封作用。即完成了裝置工作位置的轉換，操作便捷。

3 設計與實現

如圖1～5所示的是一種汽輪機潤滑油系統在線切換裝置，包括閥體1、上端蓋2、下端蓋3、兩組三通孔4、錐狀閥芯5、設置在閥體1上端的提升組件和切換組件；閥體1上端固定上端蓋2，閥體1下端固定下端蓋3，兩組三通孔4上下獨立設置在閥體1中，兩組三通孔4中通孔均設置在閥體1相鄰三個側面上，錐狀閥芯5穿過上端蓋2后垂直插設在閥體1內兩組三通孔4中；提升組件包括提升手柄6、提升架7、提升螺桿8、固定塊9和螺桿提升限位套10，提升架7兩端固定設置在上端蓋2上，提升螺桿8螺紋連接在提升架7中部，提升螺桿8上端固定提升手柄6，提升螺桿8下端插設在螺桿提升限位套10中后通過端部固定塊9固定；螺桿提升限位套10下部通過橫向銷釘11固定連接錐狀閥芯5端部；切換組件包括切換手柄12、閥芯限位塊13和閥座限位塊14，切換手柄12端部固定連接在螺桿提升限位套10上，閥芯限位塊13和閥座限位塊14均為截面呈矩形的弧狀結構，閥座限位塊14固定設置在上端蓋2中部下端兩側；閥芯限位塊13固定設置在對應閥座限位塊14高度位置的錐狀閥芯5外表面上。

其中，錐狀閥芯5與上端蓋2連接處還設置密封組件15。密封組件15為雙道密封圈，雙道密封圈之間間隙為10～20mm。下端蓋3中部設置閥芯孔16，錐狀閥芯5下端固定設置定位塊17，定位塊17活動插設在閥芯孔16中。下端蓋3下端還設置蓋板18，蓋板18中部開孔。閥體1上相鄰三個側面上通孔外側還安裝法蘭19。

如圖3所示，切換手柄12可以轉動到位置1和位置2來實現其切換效果；圖6是在切換手柄12分別在位置1和2處的示意圖在本實用新型中采用錐狀閥芯5與閥體1依靠錐度以及配合光潔面進行硬密封。根據該裝置工作環境，最高溫度小于80℃，最大工作壓力小于0.8MPa，所以該閥體1設計壓力為1.0MPa，錐狀閥芯5和閥體1選用材質為鑄鋼（ZG235-450），該材質的物理性能如下。

鑄造性能較好，熔點較高，實際流動性較差，易氧化，鑄造縮水率約1.5%～2.0%，凝固收縮約4.2%，澆注溫度約1500～1550℃，較為適宜鑄造箱體；被切削性能一般，無需熱處理即可進行加工，考慮閥體1內腔容易發生應力變形，故閥體1加工采用兩次回火加工。

由于本實用新型中錐狀閥芯5相對于其他閥門較為笨重，于是采用提升螺桿8提升錐狀閥芯5，提升螺桿8相對于直接提升可以很大限度減小勞動強度。為防止提升高度過大，造成錐狀閥芯5上端面與上端蓋2出現“頂死”現象，設計中采用了螺桿提升限位套10，保證不會由于提升過量造成錐狀閥芯5“頂死”而無法切換的現象出現。

切換組件包括切換手柄12、閥芯限位塊13和閥座限位塊14，切換手柄12端部固定連接在螺桿提升限位套10上，閥芯限位塊13和閥座限位塊14均為截面呈矩形的弧狀結構，閥座限位塊14固定設置在上端蓋2中部下端兩側；閥芯限位塊13固定設置在對應閥座限位塊14高度位置的錐狀閥芯5外表面上，這樣可以實現從管道的切換使用，閥芯限位塊13和閥座限位塊14可以根據錐狀閥芯5所需要的旋轉角度進行加工出與之對應的切換角度，對錐狀閥芯5切換起到定位作用。

為了防止錐狀閥芯5在提升過程中，潤滑油從上端蓋2溢出，故在錐狀閥芯5與上端蓋2連接處還設置密封組件15。密封組件15為雙道密封圈，雙道密封圈之間間隙為10～20mm。由于密封組件15處于錐狀閥芯5上部，切換過程中所受到的是與錐狀閥芯5旋轉相同的軸向力，所以不會在切換中被切斷給油路制造不必要的垃圾，影響潤滑油的質量。

為了實現錐狀閥芯5的垂直方位定位，實現錐狀閥芯5運行的穩定性，故在下端蓋3中部設置閥芯孔16，錐狀閥芯5下端固定設置定位塊17，定位塊17活動插設在閥芯孔16中。

在本實用新型中，由于與閥體1接觸的錐狀閥芯5為獨體，在閥體1內部除錐狀閥芯5外沒有其他零部件，使用過程中不存在由于裝置內部零部件過多脫落造成進、出油口堵死造成燒瓦事故。

閥體1結構為半空球形，所以切換過程中壓力損失小，切換平穩對整個潤滑油系統并不會產生影響。

該汽輪機潤滑油系統在線切換裝置的操作原理如下。

當操作人員需要進行管路切換的時候，只需要將提升6手柄逆時針旋轉，通過安裝在提升架7上的提升螺桿8的旋轉提升力使錐狀閥芯5提起，并閥體1內部錐度脫開，由于錐狀閥芯5與上端蓋2連接處還設置密封組件15，所以不會造成潤滑油外溢現象；當錐狀閥芯5脫開后即可轉換切換手柄12，切換手柄12帶動錐狀閥芯5上的閥芯限位塊13旋轉到閥座限位塊14，即可停止，并順時針旋緊提升手柄6，再次使錐狀閥芯5與閥體1緊密接觸起到密封作用。

本實用新型的有益效果：（1）錐度閥芯5和閥體1結構簡單、零部件較少可以減少勞動強度、維護要求低，在很大程度上節省了維護時間給可以給生產帶來更大的經濟效益。（2）采用錐度閥芯與閥體內腔依靠錐度以及配合光潔面進行硬密封， 有效解決管道內漏問題。（3）閥體1與錐狀閥芯5為獨體，沒有其他零部件，使用過程中不存在由于裝置內部零部件過多脫落造成進、出油口堵死造成燒瓦事故。

該閥結構為半空球形，所以切換過程中壓力損失小，切換平穩對整個潤滑油系統并不會產生影響。由于本裝置主要部件為錐度閥芯和閥體結構簡單、零部件較少可以減少勞動強度、維護要求低，在很大程度上節省了維護時間可以給生產帶來更大的經濟效益。

整個切換過程僅需要三步，對運維人員技術要求低。

4 現場使用效果

本裝置在國內外多家電廠使用后，運維人員給出結論為：運行過程中壓損小、切換過程平穩、壓力波動較小，根本上解決了因零部件脫落、密封圈切斷引起的機組無法正常運行等問題，同時也實現了冷油器在線切換。

[1]機械設計手冊[M].化學工業出版社 北京，2003.6.

[2]電站閥門一般要求.JB/T3592-2002 .

[3]許乃同.大功率汽輪機潤滑油系統的可靠性[J].動力工程，1992.3.

[4]舒善新.汽輪機發電系統的污染與控制[J].汽輪機技術，1989.4.

[5]汽輪機清潔度標準.

TK263.8

A

1671-0711（2017）04（下）-0036-03