汽輪機(jī)管道閥門(mén)及維修策略探析

楊澤

摘 要：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)主汽閥開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、負(fù)荷變化、蒸汽需求等指標(biāo)的調(diào)控。文章從汽輪機(jī)管道閥門(mén)結(jié)構(gòu)入手，圍繞油控跳閘閥動(dòng)作邏輯錯(cuò)誤、油動(dòng)機(jī)緩沖裝置堵塞、油控跳閘閥管線堵塞、主汽閥部件卡澀、再熱閥卡澀五個(gè)層面，探討了汽輪機(jī)管道閥門(mén)故障原因及維修策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：核電汽輪機(jī)；管道閥門(mén)；主汽閥；故障維修

中圖分類(lèi)號(hào)：TK268 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）19-0129-02

Abstract： By adjusting the opening of the main steam valve， the steam turbine regulation system can regulate and control the speed， power， load change and steam demand of the steam turbine. Starting with the valve structure of steam turbine pipeline， this paper focuses on five aspects： action logic error of oil control trip valve， blockage of oil motor buffer device， pipeline blockage of oil control trip valve， main steam valve component jam， and reheat valve jam. The failure causes and maintenance strategies of steam turbine pipeline valves are discussed for reference.

Keywords： nuclear turbine； pipeline valve； main steam valve； fault maintenance

引言

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)依據(jù)汽機(jī)負(fù)荷控制邏輯獲得閥門(mén)開(kāi)度指令，將其電流信號(hào)經(jīng)由控制系統(tǒng)傳送至伺服放大器中，借助開(kāi)度指令信號(hào)獲得比例方向閥位置反饋，用以調(diào)控主調(diào)閥閥門(mén)進(jìn)油，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)管道閥門(mén)開(kāi)度情況的控制。倘若汽輪機(jī)管道閥門(mén)出現(xiàn)故障將直接影響到汽輪機(jī)運(yùn)行安全，如何采取有效維修策略值得我們進(jìn)行探討。

1 汽輪機(jī)管道閥門(mén)結(jié)構(gòu)分析

1.1 主汽閥結(jié)構(gòu)

汽輪機(jī)主汽閥位于汽輪機(jī)入口、主蒸汽隔離閥下游位置，用于隔離核島蒸汽進(jìn)入到汽輪機(jī)內(nèi)，承擔(dān)著主調(diào)節(jié)閥的輔助功能。主汽閥主要由旋啟式蝶板閥、碗型密封、液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成，其蝶板閥固定在閥軸處，經(jīng)由連桿實(shí)現(xiàn)與油動(dòng)機(jī)的連接，通過(guò)油動(dòng)機(jī)的活塞動(dòng)作對(duì)閥軸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，使閥軸呈90°旋轉(zhuǎn)。閥軸上的碗型密封用于防止蒸汽泄漏至驅(qū)動(dòng)端，利用端蓋實(shí)現(xiàn)閥門(mén)非驅(qū)動(dòng)端的密封，閥軸端部的高壓汽腔與油控跳閘閥相連接，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 主汽閥運(yùn)行過(guò)程

油控跳閘閥在汽輪機(jī)組掛閘前處于開(kāi)啟狀態(tài)，此時(shí)主汽閥非驅(qū)動(dòng)端尚未形成高壓汽腔，位于閥軸上的碗型密封保持松弛，核島蒸汽經(jīng)由軸間隙泄漏到驅(qū)動(dòng)端外。當(dāng)汽輪機(jī)組掛閘時(shí)開(kāi)啟主汽閥，待其處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)關(guān)閉油控跳閘閥，以此形成高壓汽腔，并推動(dòng)閥軸向驅(qū)動(dòng)端移動(dòng)，此時(shí)碗型密封處于壓緊狀態(tài)下，即阻止蒸汽向外泄漏。在汽輪機(jī)組打閘后，油控跳閘閥先于主汽閥動(dòng)作，使汽腔壓力向外泄出，此時(shí)碗型密封恢復(fù)至原有松弛狀態(tài)，將主汽閥關(guān)閉[1]。

2 汽輪機(jī)管道閥門(mén)故障原因及維修策略探討

2.1 油控跳閘閥動(dòng)作邏輯錯(cuò)誤

在管道閥門(mén)處于無(wú)蒸汽狀態(tài)下時(shí)，選取壓力表安裝在油動(dòng)機(jī)測(cè)壓口觀察數(shù)據(jù)變化情況，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明在開(kāi)啟主汽閥時(shí)壓力數(shù)值為2MPa，在主汽閥到達(dá)全開(kāi)狀態(tài)下時(shí)壓力數(shù)值為7MPa；在關(guān)閉油控跳閘閥時(shí)壓力數(shù)值為2MPa，當(dāng)其到達(dá)全關(guān)狀態(tài)下時(shí)壓力數(shù)值為4MPa。在有蒸汽狀態(tài)下啟動(dòng)管道閥門(mén)，在掛閘時(shí)主汽門(mén)平衡閥迅速打開(kāi)，使主汽門(mén)壓力處于平衡狀態(tài)，此時(shí)尚未形成軸端壓力，主汽閥開(kāi)啟所需液壓與無(wú)蒸汽狀態(tài)下持平。伴隨閥門(mén)的開(kāi)啟，閥芯內(nèi)部蒸汽壓力逐漸減小，待主汽閥壓力為7MPa時(shí)到達(dá)全開(kāi)狀態(tài)，而油控跳閘閥當(dāng)壓力為2MPa時(shí)閥門(mén)開(kāi)始關(guān)閉且開(kāi)度逐漸減小，此時(shí)閥芯所受的蒸汽反作用力持續(xù)增大，導(dǎo)致液壓油所需克服阻力持續(xù)增大，此時(shí)閥門(mén)到達(dá)全關(guān)狀態(tài)下所需油壓的計(jì)算公式為：

4+252/402×7.6=7.0MPa

在打閘過(guò)程中，油壓在不計(jì)摩擦力影響下于14MPa時(shí)開(kāi)始下降，在回油作用的影響下油控跳閘閥在8MPa時(shí)開(kāi)啟、在5MPa時(shí)全開(kāi)。鑒于此時(shí)閥軸處于壓緊狀態(tài)，受到一定的旋轉(zhuǎn)阻力影響，因此在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)油壓應(yīng)小于7MPa，導(dǎo)致油控跳閘閥在主汽閥動(dòng)作前發(fā)出動(dòng)作，進(jìn)而使得主汽門(mén)軸端高壓蒸汽卸壓，在300ms時(shí)間內(nèi)關(guān)閉主汽門(mén)。但在汽輪機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，油控跳閘閥所受的摩擦力是不可忽視的，導(dǎo)致打閘時(shí)油控跳閘閥未能先于主汽閥動(dòng)作，引發(fā)主汽閥卡澀等問(wèn)題。在進(jìn)行維修處理時(shí)可以選取LESLIE閥門(mén)完成油控跳閘閥換型，配合？椎60×48×6不銹鋼縮頸蒸汽管道、？椎16×3不銹鋼油管道，依據(jù)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)空間走向完成管道布設(shè)，將機(jī)組閥門(mén)豎直安裝，優(yōu)化油控跳閘閥的使用性能。

2.2 油動(dòng)機(jī)緩沖裝置堵塞

在機(jī)組打閘時(shí)，主汽閥油動(dòng)機(jī)緩沖裝置內(nèi)部的活塞下腔室EH油經(jīng)由有壓回油管進(jìn)行泄油，到達(dá)活塞行程末端時(shí)利用圓柱封堵回油口，余下EH油經(jīng)由緩沖裝置完成緩慢泄油，實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞的保護(hù)。待閥門(mén)處于全關(guān)狀態(tài)下時(shí)，油動(dòng)機(jī)活塞余下6.5mm的空行程。倘若在泄油管內(nèi)含有雜物，將極有可能在泄油過(guò)程中堵塞緩沖裝置孔洞，阻礙EH油排出，進(jìn)而使得閥門(mén)在活塞最末行程難以正常關(guān)閉。因此在維修時(shí)應(yīng)先針對(duì)油動(dòng)機(jī)進(jìn)行解體，檢查其內(nèi)部有無(wú)雜物、油道是否清潔，測(cè)試緩沖裝置能否正常開(kāi)度，并利用酒精進(jìn)行油道、部件的清洗，測(cè)量活塞空行程是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，防范油動(dòng)機(jī)緩沖裝置出現(xiàn)油孔堵塞問(wèn)題。

2.3 油控跳閘閥管線堵塞

在機(jī)組打閘時(shí)油控跳閘閥隨之而打開(kāi)，將主汽閥軸端的高壓蒸汽向凝汽器輸送，倘若該排汽管線出現(xiàn)堵塞問(wèn)題將導(dǎo)致軸端無(wú)法泄壓，閥軸、碗型密封保持壓緊，加大了閥門(mén)關(guān)閉時(shí)所受到的阻力。此時(shí)由于主調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)下，其閥板兩端壓力趨于平衡，因彈簧力難以克服閥軸圓周方向阻力，導(dǎo)致主汽閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全關(guān)閉。在進(jìn)行維修時(shí)應(yīng)將位于油控跳閘閥下部的電動(dòng)閥法蘭脫開(kāi)，針對(duì)壓縮空氣管道進(jìn)行吹掃，防范管線中存在堵塞問(wèn)題，以此保障油控跳閘閥排汽管線的暢通。

2.4 主汽閥部件卡澀

將主汽閥進(jìn)行解體檢修，常見(jiàn)油控跳閘閥端蓋與閘板搖臂、閥軸間出現(xiàn)明顯摩擦痕跡，由此說(shuō)明主汽閥部件存在卡澀問(wèn)題，其卡澀原因主要包含動(dòng)作邏輯錯(cuò)誤、閥內(nèi)部件尺寸與軸向預(yù)留膨脹間隙不匹配、閥軸兩端支撐與中間軸套不同心等。在進(jìn)行維修時(shí)應(yīng)注重調(diào)整軸向預(yù)留膨脹間隙，依據(jù)閥軸材質(zhì)、線膨脹系數(shù)、閥軸向非驅(qū)動(dòng)端膨脹有效長(zhǎng)度、溫度變化以及其他部件等因素進(jìn)行熱膨脹量計(jì)算，確保預(yù)留合理的熱膨脹間隙。在現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)應(yīng)先拆除非驅(qū)動(dòng)端端蓋，利用千斤頂使閥軸向驅(qū)動(dòng)端移動(dòng)，待碗型密封壓緊后將端蓋復(fù)原，依照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行螺栓擰緊，通過(guò)模擬運(yùn)行工況測(cè)試其維修效果。在應(yīng)對(duì)軸套不同心問(wèn)題時(shí)，應(yīng)選取激光儀作為測(cè)量?jī)x器，在抽出閥軸后將閥芯搖臂、推動(dòng)連桿拆除，將其他部件進(jìn)行回裝，并將激光發(fā)射源固定在閥體一側(cè)，使其到達(dá)軸孔中心，將二維激光接收器固定在軸套口部位置，保障激光接收器窗口可接收到激光光束，并利用數(shù)據(jù)接收終端讀取參數(shù)位置，通過(guò)不斷調(diào)整保障四個(gè)軸套同心度良好，以此解決閥門(mén)、部件卡澀問(wèn)題[2]。此外，還可以針對(duì)非驅(qū)動(dòng)端搖臂端面進(jìn)行銑削加工，待完成加工后進(jìn)行閥門(mén)組裝，保障軸系膨脹間隙？叟5mm，以此解決主汽閥部件的摩擦、卡澀問(wèn)題。

2.5 再熱閥卡澀

再熱閥卡澀的主要原因是軸承抱死，對(duì)此可采用以下幾種方法進(jìn)行維修處理：其一是安裝蒸汽隔熱屏、漏汽收集與疏導(dǎo)系統(tǒng)，在閥軸處采用盤(pán)根密封方法隔離蒸汽，減輕高溫蒸汽對(duì)軸承影響，借助SEK系統(tǒng)引走漏汽、疏水；其二是更換驅(qū)動(dòng)端軸承，增添其定位功能，并將滾柱軸承替換為雙列圓錐滾子軸承，防范閥軸偏移、竄動(dòng)；其三是更換耐溫等級(jí)高的油脂，防止油脂出現(xiàn)劣化問(wèn)題；其四是拆除汽室保溫裝置，在非驅(qū)動(dòng)端汽室、閥軸端部安裝散熱肋板，加強(qiáng)對(duì)流散熱，并在汽室安裝柵格防護(hù)罩，以此降低軸承運(yùn)行環(huán)境溫度，優(yōu)化散熱效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，當(dāng)前智能型氣動(dòng)閥已在汽輪機(jī)組中得到了廣泛的應(yīng)用，相應(yīng)也對(duì)于管道閥門(mén)的故障診斷技術(shù)提出了更高的要求。因此還應(yīng)采用先進(jìn)技術(shù)手段進(jìn)行汽輪機(jī)管道閥門(mén)故障的診斷，實(shí)現(xiàn)故障排除與預(yù)防性維修的有效落實(shí)，進(jìn)一步降低維修成本、縮短檢修工期，為核電汽輪機(jī)組的可靠運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳松林，陳湛楊.核電汽輪機(jī)閥門(mén)性能診斷實(shí)踐及改進(jìn)[J].科技視界，2018（14）：49-50.

[2]孫振平，周李軍，李慶華，等.某新型核電汽輪機(jī)再熱閥卡澀問(wèn)題的研究[J].熱力透平，2016，45（04）：319-322.