汽輪機組調(diào)門擺動原因分析及處理措施

張 江

（青海投資集團公司，青海西寧 810000）

1 汽輪機組概況

青海橋頭鋁電股份有限公司發(fā)電分公司3#機組是上海汽輪機廠制造的N125—13.24/535/535 改進型汽輪機組，該機組將原有的旋轉阻尼液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進為純電液調(diào)整（DEH）系統(tǒng)，汽輪機組DEH 系統(tǒng)工作原理：汽輪機組啟動時，汽輪機電動調(diào)速油泵，調(diào)速系統(tǒng)各電磁閥復位，調(diào)速油泵壓力油通過啟動裝置節(jié)流孔先后建立安全油、啟動油，開啟高中壓主汽門，主汽門開啟，同時旋轉阻尼形成的一次油壓到放大器建立二次油壓，二次油壓到流量放大器形成三次油壓，三次油壓（DDV 油壓）到控制調(diào)門的各油動機，由油動機開啟各調(diào)門，汽輪機組沖轉帶負荷。汽輪機組正常運行時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力油由主油泵供給，電動調(diào)速油泵停止運行，投入聯(lián)動狀態(tài)。

3#機電動調(diào)速油泵型號150Y-150A，主要參數(shù)：允許汽蝕余量4.5 m，揚程130 m，流量186 m3/h，轉速2950 r/min，軸功率147 kW，配用功率132 kW。汽輪機電動調(diào)速油泵的主要任務是汽輪發(fā)電機組啟停時代替主油泵提供足夠的壓力和溫度合格的調(diào)速油和潤滑油（圖1），同時在機組停機或啟動時，向盤車裝置供油。

圖1 電動調(diào)速油泵工作原理

機組正常啟動時，調(diào)速油泵出口的壓力油通過Ⅰ，Ⅱ級注油器攜帶主油箱的透平油形成調(diào)速油壓和潤滑油壓，調(diào)速油經(jīng)過調(diào)速油路濾網(wǎng)供給調(diào)速系統(tǒng)，潤滑油經(jīng)過冷油器向機組潤滑油系統(tǒng)供油。機組啟動時調(diào)速油系統(tǒng)的正常工作對于保證汽輪機的安全運行具有重要作用。如果調(diào)速油系統(tǒng)的調(diào)速油不穩(wěn)定，將會對設備的安全造成威脅，存在較大安全隱患。

2 問題

3#汽輪機組投產(chǎn)于1999 年9 月，從2009 年底起，機組運行人員對電動調(diào)速油泵進行定期（每月每周二）試驗時，電動調(diào)速油壓間斷性的出現(xiàn)擺動現(xiàn)象，到2010 年下旬時，電動調(diào)速油泵試驗時的油壓擺動呈現(xiàn)上升趨勢，調(diào)速油壓主要集中在（1.24～1.28）MPa 范圍內(nèi)擺動；油壓擺動會引起汽輪機調(diào)門擺動，導致汽輪機轉速變化，最后造成汽輪機組負荷擺動。汽輪機組負荷擺動時間從開始到結束持續(xù)約10 s，汽輪機組負荷擺動量最大5000 kW/h；較大的擺動現(xiàn)象嚴重威脅汽輪機組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

3 原因分析

3#汽輪機組電動調(diào)速油泵輸出的額定油壓力為1.176 MPa，同類汽輪機組在正常穩(wěn)定運行時的實際調(diào)速油壓為1.2 MPa；調(diào)速油壓擺動范圍（1.24～1.28）MPa，調(diào)速油泵輸出的油壓高出調(diào)速油泵額定油壓（0.064～0.104）MPa。汽輪機組正常運行時主油泵供給的調(diào)速油壓為1.2 MPa，調(diào)速油泵輸出的壓力過高，對運行調(diào)速油壓有個壓差沖擊，造成正常運行的汽輪機組調(diào)速油壓擺動，影響汽輪機組的負荷。因此，分析影響汽輪機組負荷擺動的因素是汽輪機組電動調(diào)速油泵出口壓力偏高。

4 解決方案

4.1 準備工作

（1）根據(jù)各種因素制訂相應的處理措施、方案。

（2）查閱設備檢修規(guī)程，做好技術記錄。

（3）準備好必要的量具，工器具（游標卡尺600 mm）。

（4）組織班組工作人員認真學習相關設備的檢修工藝和質量要求。

4.2 處理方案

（1）根據(jù)對調(diào)速油泵油壓擺動分析出的主要因素制定處理措施，主要因素是調(diào)速油泵的輸出油壓偏高，只要降低調(diào)速油泵的輸出油壓，就能穩(wěn)定油壓。

（2）3#機組調(diào)速油泵是單吸式離心泵，根據(jù)單吸式離心泵參數(shù)之間的關系，即流量Q，楊程轉速H；葉輪直徑D 與壓力P 之間的關系為：①Q(mào)1/Q2=D1/D2；②H1/H2=（D1/D2）2；③P1/P2=（D1/D2）3。

根據(jù)油壓與葉輪直徑的比例關系（式③）得出：只要減小葉輪（圖2）直徑就能降低調(diào)速油泵輸出油壓，因此，穩(wěn)定調(diào)速油泵輸出油壓的方案為：減小調(diào)速油泵葉輪直徑，即用車床車削葉輪外圓，降低油壓，消除油壓擺動現(xiàn)象。

4.3 方案實施

圖2 調(diào)速油泵葉輪

（1）利用3#機組小修機會進行方案實施。

（2）調(diào)速油泵輸出額定壓力1.176 MPa，而機組實際運行中輸出油壓為1.20 MPa。解體3#機組調(diào)速油泵后，測量調(diào)速油泵葉輪直徑為335 mm，將調(diào)速油泵輸出油壓從1.28 MPa 降低到1.20 MPa；根據(jù)離心式調(diào)速油泵油壓與葉輪直徑的比例關系P1/P2=（D1/D2）3，即1.28/1.20=（335/車削后的葉輪直徑）3，計算可得車削后的葉輪直徑為327 mm，車削量8 mm，對調(diào)速油泵葉輪外圓進行車削，調(diào)速油泵外圓半徑車削量4 mm，車削后葉輪直徑327 mm，對車削后的葉輪及其他零部件用煤油清洗后組裝。

5 油動機運行中出現(xiàn)的問題

油動機主要由拉彈簧、繼動器活塞、錯油門、錯油門套筒、壓彈簧、反饋連桿、反饋斜板、及油動機活塞等組成（圖3）。

圖3 油動機結構組成

由三次油壓（DDV 油壓）經(jīng)電磁切換閥后作用到繼動器活塞上部，在穩(wěn)定工況下，三次油壓（DDV 油壓）與活塞桿上部彈簧的拉力平衡，繼動器活塞桿下端有4 個油口，將錯油門上部“C”的繼動油與排油相通，繼動油由高壓油經(jīng)錯油門上3 mm孔供給。穩(wěn)定工況下，繼動油壓與錯油門下壓彈簧的緊力平衡，使錯油門處于中間位置，通往高壓油到油動機活塞下部的進油口。當三次油壓（DDV 油壓）升高，繼動器活塞克服拉彈簧的拉力向下移動。關小活塞桿下4 個泄油口，使繼動油壓升高力平衡破壞，錯油門下移打開通往油動機活塞下部的壓力油口，壓力油從A 室通往B 室，使油動機活塞下部油壓升高，推動活塞桿上移，開啟調(diào)節(jié)汽閥。在油動機活塞桿上移的同時，通往反饋斜板及反遺連桿，將錯油門筒下移，關閉油動機活塞下部的壓力油進油口，使油動機活塞處在新的穩(wěn)定位置，調(diào)節(jié)過程結束。當二次油降低后動作過程與上述相反。

繼動器上部拉彈簧可以調(diào)整有效圈數(shù)改變彈簧剛度，或適當調(diào)整斜板的斜率，以調(diào)整轉速不等率，油動機起始動作點的油壓值如不符合要求，可通過調(diào)整拉彈簧的預緊力達到油動機要求值。

此類型機組調(diào)節(jié)汽門油動機主要由拉彈簧，繼動器活塞，錯動門及套筒，油動機活塞、反饋斜板、反遺連桿，壓彈簧等組成。任何部套的異常都會造成油動機工作不穩(wěn)定。該類型機組自投產(chǎn)以來，個別調(diào)節(jié)汽門油動機存在不同程度的擺動現(xiàn)象，嚴重影響機組的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。雖然多次檢查、檢修相關部套，但造成油動機大幅擺動的原因未徹底查清。

3#機及其他機組的高壓油動機存在不同程度的擺幅，當3#機組三次油壓（DDV 油壓）在0.263 MPa 時，甲側油動機在（142～152）mm 之間擺動，乙側油動機也有不同程度的擺動，在此期間檢查調(diào)速系統(tǒng)，各油壓均正常。將高壓三次油壓（DDV 油壓）值調(diào)至0.275 MPa 后穩(wěn)定，擺動消失。

根據(jù)油動機工作原理，針對3#機組高壓油動機擺動現(xiàn)象，在2011 年8 月下旬小修期間，對油動機各部件進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)繼動器活塞軸與拉彈簧有斜拉伸現(xiàn)象?；钊S與拉彈簧是強拉在一條同心垂直線上，拉彈簧在某個扭力下，彈性變化大，局部鋼性變化較大。檢修后做靜態(tài)特性試驗，油動機工作良好，開機后未出現(xiàn)擺動現(xiàn)象。此次檢修對此類型油動機擺動問題的解決積累了經(jīng)驗，為機組的穩(wěn)定運行打下了堅實的基礎。

6 油動機擺動缺陷的處理措施

根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)工作原理，油動機是調(diào)速系統(tǒng)的最終執(zhí)行機構。小修期間，針對油動機不正常擺動進行了全面檢查。逐一排除其他部件后，發(fā)現(xiàn)油動機繼動器活塞軸與拉彈簧有扭拉變形現(xiàn)象，活塞軸與拉彈簧不在垂直的軸心線上。分析認為這樣會造成拉彈簧局部長時間受力過大，彈簧鋼性將發(fā)生變化，造成油動機不能穩(wěn)定運行。更換新拉彈簧時，活塞軸螺母與拉彈簧配合過緊，無法正常將螺母從拉彈簧中取出。裝復新的拉彈簧時無法正常裝復，強行裝復與活塞軸相連接后，拉彈簧呈現(xiàn)變形扭曲。將繼動器活塞軸外徑磨去0.5 mm，打磨光滑后，垂直放入拉彈簧內(nèi)，松緊適度，與活塞軸連接組合后無扭拉現(xiàn)象（圖4）。

圖4 繼動器活塞及彈簧安裝

7 處理效果

3#機組小修后，調(diào)速油泵輸出油壓1.20 MPa，沒有擺動現(xiàn)象，機組從小修結束至今，運行當中做調(diào)速油泵試驗時未發(fā)現(xiàn)油壓擺動現(xiàn)象，調(diào)速油泵輸出油壓趨于穩(wěn)定狀態(tài)，保證了機組的安全穩(wěn)定運行。