某機組汽輪機危急遮斷裝置故障分析與處理

范志強， 段學友， 溫 玥， 云 杰

(內蒙古電力科學研究院，呼和浩特 010020)

1 概況

內蒙古某燃氣電廠發電機組的汽輪機為南京汽輪電機(集團)有限責任公司生產的LZN60-5.7/0.58型雙壓、單軸、單缸、沖動、凝汽式汽輪機，整個汽缸由汽缸前部(前汽缸)、汽缸中部(中汽缸)、排汽部(后汽缸)三段組成。汽缸前部(第1級至第6級)為雙層結構，分為高壓內缸和高壓外缸。汽缸內有高壓蒸汽室、高壓內缸、三級隔板套、前汽封和后汽封等部套。

1.1 汽輪機機械超速遮斷系統介紹

機械超速遮斷系統由飛環、碰鉤、滑閥、手動遮斷手柄、試驗手柄、隔膜閥等組成(如圖1所示)。

圖1 機械超速遮斷系統圖

該機組的機械超速保護為飛環式，飛環重心不在轉子的中心線上，有一定的位移偏置，旋轉時可產生離心力。正常運行時，因其離心力小于彈簧的預緊力而不能飛出。當轉子轉速超過一定數值(額定轉速的109%～111%)，飛環的離心力大于彈簧力，飛環飛出，撞擊碰鉤，并帶動遮斷滑閥右移，泄去隔膜閥頂上的保安油壓，隔膜閥向上打開，快速泄去調節系統的安全油壓，從而使自動主汽門、調節汽門及各抽汽逆止門快速關閉，切斷汽輪機的全部進汽，防止轉速進一步上升，保護主機的安全。當汽輪機轉速下降至接近額定轉速時，飛環復位，汽輪機可重新掛閘。該機組也可以通過扳動就地的手動遮斷手柄到“遮斷”位置，連桿推動碰鉤旋轉，帶動遮斷滑閥右移，使機組遮斷，與飛環原理相同。

1.2 噴油試驗介紹

噴油試驗可用來檢測機組正常運行時機械飛環是否能夠正常動作。當轉速一定，飛環所受的離心力一定，飛環飛出所需的推力也就是一定的。試驗前必須把試驗手柄扳至“試驗”位置，將脫扣油和到隔膜閥的油斷開。打開噴油試驗閥，主油泵的高壓油以很快的速度沖進飛環所在的腔室，增加飛環的離心力。如果飛環飛出的噴油壓力與設定值相同，就能保證飛環在預定的轉速下飛出，使脫扣油泄壓。由于脫扣油和系統已經隔開，控制隔膜閥的母管油壓不會下降，因此不會引起隔膜閥動作。噴油試驗示意圖如圖2所示。當手柄扳至試驗位置時，可進行噴油試驗，當手柄扳至正常位置時不可進行噴油試驗。

圖2 噴油試驗示意圖

2 故障現象

2021年7月2日，汽輪機沖車至3 000 r/min后，進行汽輪機噴油試驗。21時20分，根據試驗規程汽輪機轉速降至2 800 r/min，就地投入1號飛環試驗位，汽輪機轉速沖至3 000 r/min，飛環未動作。拉就地操作桿強制1號飛環動作，1號飛環仍未飛出，1號危急遮斷裝置未動作。就地將試驗位轉盤至2號飛環位，拉就地操作桿1、2號飛環同時飛出，兩個危急遮斷裝置同時動作，汽輪機跳閘。再次掛閘，沖至3 000 r/min，穩定運行5 min后，2號危急遮斷裝置彈出，汽輪機跳閘，惰走過程中，掛閘復位不成功，2號飛環在遮斷位。待轉速降至2 200 r/min以下時，就地復位掛閘成功，2號飛環復位。1 h后再次沖轉，目標3 000 r/min，轉速升至2 632 r/min時，兩個危急遮斷裝置動作，汽輪機跳閘，惰走過程中，就地復位手柄與集控室盤前按鈕均無法復位掛閘，危急遮斷裝置有機械卡澀聲音，惰走至0 r/min后投入盤車。7月3日3時15分再次掛閘沖車，沖至2 631 r/min時，兩個危急遮斷裝置再次動作，汽輪機跳閘。

3 故障原因分析及檢查

汽輪機機械超速噴油試驗過程中出現危急遮斷裝置動作轉速不規律現象，需要對危急遮斷系統進行檢查。

1) 對隔膜閥進行了檢查，沒有存在卡澀等影響閥門性能的故障。隔膜閥問題可以排除。

2) 掛閘后，對前箱內低壓安全油管道及管道接頭進行外觀檢查，未發現外漏泄油。

3) 掛閘后，檢查危急遮斷滑閥及試驗滑閥泄油口，較為嚴密，無噴油現象；檢查危急遮斷滑閥閥芯，表面光滑，密封嚴密。

4) 對系統進油的節流孔進行檢查，未發現異物堵塞，清洗干凈后復裝。

5) 注油環與前箱小軸間隙0.6 mm，遠超0.1 mm標準值要求，因此噴油試驗時，注油環泄油量偏大。注油環如圖3所示。

圖3 注油環

6) 檢查飛環與危急遮斷掛鉤的間隙，間隙值沒有達到要求標準值1.0 mm，飛環與危急遮斷掛鉤的間隙偏小。因此導致試驗時危急遮斷裝置動作轉速偏小，飛出后也不能正常歸位，汽輪機無法掛閘。飛環與掛鉤間隙如圖4所示。

圖4 飛環與掛鉤間隙

4 故障處理

根據以上分析，危急遮斷裝置動作不規律的主要原因為注油環泄油量大以及飛環與危急遮斷掛鉤的間隙小。因此采取更換危急遮斷裝置注油環，同時對飛環與危急遮斷掛鉤的間隙調整至標準值1.0 mm，同時調整注油環與汽輪機小軸間隙至0.1 mm，以解決危急遮斷裝置提前動作的問題。

2021年7月8日，汽輪機定速3 000 r/min，沖轉過程中未出現危急遮斷裝置動作情況。汽輪機定速后進行噴油試驗，就地投入試驗轉盤，通過就地操作桿進行操作，噴油試驗成功。兩個危急遮斷裝置動作正常，動作后可以正常復位。2021年7月10日，在主汽門與主汽調門嚴密性試驗合格后，投入機械超速試驗，就地隔離1號危急遮斷裝置，2號飛環機械超速試驗開始。2號飛環第一次動作值為3 103.4 r/min，第二次動作值為3 055 r/min，定值不合格。隔離2號危急遮斷裝置后對1號飛環進行機械超速試驗，第一次動作值為3 178.7 r/min，第二次動作值為2 933 r/min，動作值不合格。汽輪機轉速降至0 r/min且盤車投入后，檢修人員打開前箱觀察窗對飛環進行調整。

按照兩個飛環試驗時的實際動作值與標準動作值偏差對飛環緊度螺母進行調整，1號飛環調整螺母按照順時針方向旋轉330°，2號飛環調整螺母按照順時針方向旋轉220°，整定兩飛環動作值為標準值。2021年7月11日進行機械超速噴油試驗。隔離2號危急遮斷裝置，1號飛環動作值為3 288 r/min。隔離1號危急遮斷裝置，2號飛環動作值為3 279 r/min。1、2號飛環如圖5所示。

圖5 1、2號飛環

5 結論

由于危急遮斷裝置注油環泄油量大，飛環與危急遮斷掛鉤的間隙小導致機組不能順利掛閘及定速，飛環彈簧預緊力不合適導致機械超速噴油試驗不合格。因此在機組的安裝、調試過程中技術人員要嚴格把關，確保汽輪機危急遮斷裝置按照技術規范及設備安裝說明，完成安裝調試任務。另外，機組設備老舊后要進行檢查和更換，尤其是高精度安裝要求的設備更要認真檢查，避免檢修工期延誤及設備損壞等情況發生。此案例對其他基建機組或檢修機組也有借鑒意義，設備安裝要為調試和檢修奠定一個良好的基礎。