汽輪機壓力調節閥卡澀故障分析與處理

夏增陽

（中廣核核電運營有限公司，廣東深圳 454000）

0 引言

汽輪機是發電廠的核心設備，由于其高速運轉的特性，軸承會產生大量的熱，因此需要大量的油用于軸承系統的冷卻與潤滑。汽輪機潤滑油系統在防止軸承與轉子超溫過程中起著決定性作用。潤滑油供應系統是蒸汽輪機輔助系統的組成部分，它的功能是為汽輪機和發電機的軸承以及盤車裝置提供適當壓力、溫度和流量的潤滑油，此外還起到軸承的潤滑和冷卻以及頂起主軸的作用。

某電站機組汽輪機潤滑油系統正常工況由恒定流量泵供油，為了克服流量損耗的變化并使油壓穩定在恒定值，在主供油管道上并聯一壓力調節閥，使多余的潤滑油回到主油箱。

1 壓力調節閥結構組成與工作原理

汽輪機潤滑油壓力調節閥主要由閥殼、閥碟、彈簧、閥蓋、調整螺桿、罩螺母組成，彈簧作用于閥碟上，可通過調整螺桿調整彈簧預緊力，罩螺母防止潤滑油沿調整螺桿向外泄漏（圖1）。

圖1 壓力調節閥結構

維持恒定壓力的潤滑油供油管道與調節閥法蘭接口A 相連接。控制油通過接口B 作用于閥碟的兩極臺面上，使閥碟升高閥門打開，彈簧被壓縮，彈簧的壓緊力與控制壓力動態平衡，使其供油管道上油壓達到設定值。系統的壓力越高，閥碟升起的高度越高，泄油口通流面積越大，因此系統壓力越高，排放到油箱的油量越大。通過調節調整螺桿可以將壓力維持到設定值。通過閥碟漏入閥蓋中的潤滑油將從閥殼上的接口C 排除。

壓力調節閥配備一球閥（圖2），該球閥可以起到緩沖作用，提高調節的穩定性，同時在切換泵引起壓降時能夠給出良好的動態響應。

圖2 球閥

2 壓力調節閥故障分析及處理措施

2.1 故障現象

在X01 大修期間，機械專業回裝壓力調節閥過程中發現入口法蘭存在裂紋，更換修復的閥門；1 月29 日上午啟動汽輪機潤滑油泵對潤滑油母管油壓進行在線調整，壓力整定至238 kPa。1月29 日下午16 時左右，汽輪機潤滑油系統壓力陡增至270 kPa，晚上20 時左右，機械人員再次調整該壓力調節閥。由于系統已在線，整個調整過程汽輪機潤滑油泵均保持運行。全行程調整壓力調節閥，系統壓力均未發生變化，保持在270 kPa。1 月30 日。機械人員聯合電廠各專業評估閥門全關狀態對機組的影響，各方一致認為在汽輪機潤滑油油泵單獨運行時母管油壓低于300 kPa 時可滿足要求，最終將壓力調節閥調節至全關位置，母管油壓270 kPa，同時在X01 大修啟機過程中對系統管道以及壓力調節閥進行測振，性能專業現場評價結果合格。機組維持運行至X02 停機。汽輪機壓力調節閥失去調壓功能，系統存在超壓或壓力過低風險，存在重大安全風險，調壓閥卡澀問題亟待解決。

2.2 原因分析

在X02 大修期間，機械人員根據該閥的結構特點，逐項排查并試驗驗證，分析卡澀的基本原因有：①控制油信號管線堵塞，閥芯失去開啟動力；②控制油逆止閥故障導致信號油泄漏；③機械雜質卡澀、銹蝕、腐蝕等導致閥芯卡澀；④活塞間隙偏大信號油泄漏；⑤間隙偏小溫差導致閥芯卡澀。

（1）控制油信號管線堵塞。現場拆開壓力調節閥信號管線發現有少量積油流出，使用壓縮空氣吹氣不通，用吸塵器進行抽吸，抽出約200 mL 積油，無雜質和異物，再次吹氣試驗通暢，啟泵后通油驗證通暢。確認信號管線通暢無異常。

（2）控制油逆止閥故障導致信號油泄漏。解體壓力調節閥逆止閥檢查無異常，同時解體新備件逆止閥對比檢查無異常，排除控制油逆止閥故障導致信號油泄漏的可能。

（3）機械雜質卡澀、銹蝕、腐蝕等導致閥芯卡澀。解體檢查壓力調節閥，發現閥芯表面無銹蝕、腐蝕和明顯卡澀痕跡，且未發現明顯的顆粒雜質，用手活動靈活自如。確認未發生機械雜質卡澀、銹蝕、腐蝕等導致閥芯卡澀的現象（圖3）。

圖3 閥芯部件

（4）活 塞間隙偏大信號油泄漏。將新備件在試驗臺上進行新舊備件啟動壓力試驗，通過試驗臺模擬控制油進行測試，發現閥芯動作無異常。確認無活塞間隙偏大信號油泄漏的可能。

（5）間 隙偏小溫差導致閥芯卡澀。對壓力調節閥進行解體測量，閥芯與閥套配合間隙B/C 在標準范圍，A 值在標準的下限且表面較粗糙（圖4、表1）。

表1 壓力調節閥閥芯與閥套配合間隙 mm

圖4 壓力調節閥工作原理

對壓力調節閥的閥芯與閥套進行膨脹試驗，閥芯與閥套在恒溫槽內同步加熱，在20～45 ℃內無卡澀且間隙保持不變；當用兩個恒溫槽對閥芯與閥套分別進行加熱，當溫差達到一定程度后，再裝配時發生卡澀現象，溫差越大卡澀越嚴重。

再次進行模擬升溫試驗，選取調試故障當天相同的室溫（19 ℃），用熱風模擬熱油在室內加熱閥芯和閥體下部，待閥芯達到當時的油溫30 ℃，此時閥芯與閥套溫差較大并出現卡澀（圖5）。即在實際應用條件下，溫差導致了閥芯和閥套卡澀。

圖5 閥芯與閥套測溫

2.3 處理措施

根據上述分析結果，認為閥芯與閥套間隙偏小，存在溫差導致熱膨脹是閥門卡澀的根本原因。因此，對閥芯進行加工，使閥芯與閥套的間隙A 值達到上限。加工完成后，再次對壓力調節閥進行溫差試驗，結果顯示溫差在15 ℃之內未出現卡澀，但當溫差≥15 ℃時調節閥再次出現卡澀。并對該閥再次進行壓力調整特性試驗，其啟動壓力無明顯變化，調節特性穩定，驗證閥芯與閥套配合間隙A 值達到上限對調節無影響。

3 結論

通過以上分析及試驗，確認閥芯與閥套間隙A 偏小，在環境溫度較低時，溫差導致閥芯的膨脹大于閥套的膨脹，閥芯與閥套間隙消失而卡澀，是壓力調節閥調整失效的根本原因。在壓力調節閥的壓力整定過程中，如果發生卡澀現象，可以對閥體進行充分的通油或對閥體進行保溫措施，消除溫差導致的卡澀；如果閥芯在全關位置卡澀，壓力調整桿必須頂緊閥芯，防止在運行中突然開啟，導致系統壓力低而跳機；對于定購的新備件，要求閥芯與閥套的配合間隙A 值加工在上限；新備件的儲存做好防銹保養，在使用要前進行解體檢查，清除銹蝕，確認A 值在標準上限。

該型壓力調節閥在多臺機組應用，控制汽輪機潤滑油系統的供油壓力，屬關鍵敏感設備。汽輪機啟動時要求油溫大于30 ℃，在國內冬季大部分地區氣溫低于20 ℃，系統啟動時壓力調節閥的閥芯與閥套實際溫差大于4 ℃，在閥芯與閥套的加工間隙處于下限0.04 mm 時必然發生卡澀。通過模擬試驗和現場實際應用驗證，該型壓力調節閥的閥芯和閥套間隙達到上限時可滿足應用需求。

4 結束語

根據電站機組汽輪機潤滑油系統壓力調節閥結構及工作原理，結合現場實際，參照相關資料，分析壓力調節閥閥門卡澀的根本原因，提出處理方案并在大修中實施改造。通過機組的日常運行參數檢測，驗證閥門正常動作，調節功能正常，解決了壓力調節閥卡澀的重大設備缺陷，保證機組在整個換料周期內安全可靠運行。