小汽輪機速關(guān)-調(diào)節(jié)閥故障原因分析及解決措施

尹文星

（湖南湘化機汽輪機有限公司，株洲 412300）

現(xiàn)階段，小汽輪機主要服務于大型機械設備，如化工設備、電力設備、石油設備，同時小汽輪機可以長期保持良好的運行狀態(tài)。但是，隨著現(xiàn)代社會需求的逐漸上升，生產(chǎn)量已無法與社會需求量保持平衡，導致大型機械機組超負荷運轉(zhuǎn)，小汽輪機出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥運動件偏心、零部件單邊快速磨損等現(xiàn)象，發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的故障，造成經(jīng)濟損失。基于此，小汽輪機應對速關(guān)-調(diào)節(jié)器進行技術(shù)改造，有效解決相關(guān)問題。

1 速關(guān)-調(diào)節(jié)閥的工作原理和結(jié)構(gòu)特征

就當前工業(yè)機器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，大型工業(yè)汽輪機入口蒸汽管道的建設常常會使用速關(guān)閥和調(diào)節(jié)閥，兩種閥門在整個機組中不可忽略，承擔不同的作用，兩閥門通常獨立配置。其中，速關(guān)閥又被稱為快關(guān)閥、跳閘閥或緊急切斷閥，其在小汽輪機運轉(zhuǎn)中的主要作用是：在汽輪機跳閘時，及時切斷汽輪機的進口蒸汽，阻止蒸汽進入，保護機組[1]。此外，在小汽輪機運行的過程中，速關(guān)閥與機組的跳閘機構(gòu)、超速連鎖保護裝置息息相關(guān)。而調(diào)節(jié)閥被稱作節(jié)流閥、調(diào)速閥，在小汽輪機中的主要作用是：調(diào)節(jié)進入機組的蒸汽流量，進而達到控制汽輪機轉(zhuǎn)速、負荷的目標。

當前，對于大型工業(yè)生產(chǎn)中應用的小汽輪機來說，速關(guān)閥與調(diào)節(jié)閥建立在同一個閥座上，成為二合一的連體閥。在整體結(jié)構(gòu)中，該閥被稱為跳閘-節(jié)流閥，也被稱為速關(guān)-調(diào)節(jié)閥、速關(guān)-節(jié)流閥。速關(guān)-調(diào)節(jié)閥具有兩種閥門的功能與特征，在機組整體運作中還能對蒸汽進出汽輪機的速度和流量進行控制，在閥門打開時引入蒸汽。小汽輪機中調(diào)節(jié)閥工作的主要目標是：對機械設備中物質(zhì)輸出進行控制，其間主要通過woodward505調(diào)速器對調(diào)速信息進行有效收發(fā)，利用閥門定位器給予氣動缸活塞動力，以動力為基礎帶動汽動缸活塞中的調(diào)節(jié)閥閥芯運作。此外，閥芯開啟的大小決定蒸汽量的大小，影響汽輪機轉(zhuǎn)速的控制成效[2]。

2 小汽輪機速關(guān)-調(diào)節(jié)閥故障的原因分析

本文以1N140汽輪機速關(guān)-調(diào)節(jié)器為例，展開故障因素分析。在1N140汽輪機結(jié)構(gòu)中，調(diào)節(jié)閥呈水平方向，即調(diào)節(jié)機構(gòu)、氣動缸、調(diào)節(jié)閥閥芯和閥桿等都橫向放置。但是，在整個結(jié)構(gòu)中，橫向放置極易造成零部件重心的偏移，同時在機組整體運行時，調(diào)節(jié)閥的閥芯作用力較大，偏移和頻繁的動作將會導致閥門定位器中的O型環(huán)與調(diào)節(jié)閥閥芯等零部件出現(xiàn)單邊磨損。在實際應用中，調(diào)節(jié)閥與1N140汽輪機的入口無法完全契合，進行直接連接。同時，調(diào)節(jié)閥的一部分距離機頭較近，那里的環(huán)境溫度偏高，最高可達80℃。在此環(huán)境下，氣動缸的活塞橡膠密封環(huán)和閥門定位器中的O型環(huán)等橡膠制品部件極易老化[3]。基于此，1N140汽輪機運行中會出現(xiàn)精度差大、速度波動大、運行不穩(wěn)定等現(xiàn)象，嚴重時就會引發(fā)機組非計劃停車事故。

3 小汽輪機速關(guān)-調(diào)節(jié)閥故障的解決措施

3.1 改良思路

當前，設計小汽輪機速關(guān)-調(diào)節(jié)器時，針對調(diào)節(jié)閥運行故障，人們可以調(diào)整速關(guān)-調(diào)節(jié)閥安裝位置，即將調(diào)節(jié)閥部分位置調(diào)節(jié)成豎直方向再進行安裝。簡單地說，在安裝中將速關(guān)-調(diào)節(jié)閥順時針旋轉(zhuǎn)90°。試驗結(jié)果表明，將速關(guān)-調(diào)節(jié)閥旋轉(zhuǎn)90°，能促進速關(guān)閥手柄與汽輪機殼體進行接觸，進而提升閥門的安裝位置[4]。同時，考慮到汽輪機揭蓋檢修、整體操作的便捷性與美觀性，閥門整體設計時將安裝位置向上移動1.2m，從汽輪機整體來看，閥門與蒸汽管道的位置基本持平。而改造后的速關(guān)-調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)閥氣動缸向上安置，閥芯與閥桿、汽缸活塞的方向由水平轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直方向，從而避免O型環(huán)與閥桿、閥芯零部件單邊快速磨損。此外，閥門位置上移能有效改善調(diào)節(jié)閥的環(huán)境，解決橡膠件老化問題。

3.2 評估風險

速關(guān)-調(diào)節(jié)閥會產(chǎn)生移位現(xiàn)象，這對于調(diào)節(jié)閥來說具有重要意義。在產(chǎn)生速關(guān)-調(diào)節(jié)閥位移時，人們需要明確以下三點：一是汽輪機出廠前速關(guān)-調(diào)節(jié)閥與1N140汽輪機入口的連接方式；二是詳細審核計算，改造是否會增強管道應力；三是水平安裝的速關(guān)閥是否會出現(xiàn)偏心和單邊磨損現(xiàn)象。與其他類型的大型汽輪機相比，速關(guān)-調(diào)節(jié)閥與1N140汽輪機入口的連接對機組影響不大，同時速關(guān)-調(diào)節(jié)器的前部位移1200mm對汽輪機的運行效率無實際影響，但是位移會使機組在整體布置上不夠緊湊。此外，為保證機組的整體安全性，管道設計時需要增加一個低排閥，低排閥在機組運行中能有效減小水錘現(xiàn)象。之后，改造中需要及時驗證風險，確認機組的速關(guān)-調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)，減少零部件磨損，在緊急狀況下幫助閥門恢復全關(guān)狀態(tài)，水平安裝對其影響可忽略。

4 結(jié)語

在速關(guān)-調(diào)節(jié)閥的設計改造中，調(diào)節(jié)閥在水平安裝位置可能發(fā)生非計劃停車事故。人們需要根據(jù)事故發(fā)生的實際數(shù)據(jù)，在分析的基礎上對速關(guān)-調(diào)節(jié)閥進行整體改造。調(diào)節(jié)閥可以由水平安裝轉(zhuǎn)換成豎直安裝，從而大幅度減少閥芯偏移和單邊磨損。此外，人們可以采用多種科學設計方法，提升閥門運行的穩(wěn)定性和可靠性。