胡 洲，吳文健，樊印龍，顧正皓，吳瑞康

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

主汽閥故障造成汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽的判斷與分析

胡 洲，吳文健，樊印龍，顧正皓，吳瑞康

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

針對(duì)某600 MW機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的1號(hào)軸瓦溫度偏高問(wèn)題，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子汽流受力分析以及關(guān)閥、升負(fù)荷等一系列試驗(yàn)，檢查分析后，判斷出汽輪機(jī)的左側(cè)進(jìn)汽通流面積產(chǎn)生了變化，并據(jù)此判斷對(duì)汽輪機(jī)左側(cè)進(jìn)汽通流區(qū)域有關(guān)閥門(mén)和管道等進(jìn)行了檢查，查明了導(dǎo)致1號(hào)軸瓦溫度偏高的原因?yàn)?號(hào)高壓主汽閥主閥蝶脫落，造成汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽。對(duì)主閥蝶脫落及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提供了運(yùn)行建議。

600 MW；汽輪機(jī)；高壓主汽閥；軸承溫度；單側(cè)進(jìn)汽

國(guó)家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中明確規(guī)定，為了防止汽輪機(jī)超速事故，在調(diào)節(jié)部套有卡澀、調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作不正常的情況下，嚴(yán)禁機(jī)組啟動(dòng)。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥卡澀等故障會(huì)造成機(jī)組超速，如果此時(shí)主汽閥也發(fā)生卡澀，汽輪機(jī)嚴(yán)重超速事故就會(huì)無(wú)法避免。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，主汽閥卡澀問(wèn)題并不常見(jiàn)，表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象也不是很典型，有時(shí)很難準(zhǔn)確判斷，但如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組的安全運(yùn)行將會(huì)受到嚴(yán)重威脅。

1 故障的分析與試驗(yàn)

1.1 故障現(xiàn)象

某600 MW亞臨界機(jī)組的高壓主汽閥進(jìn)行了改造，由杠桿式全部改為直連式。機(jī)組A修后重新啟動(dòng)，機(jī)組并網(wǎng)后利用單閥控制模式升負(fù)荷。當(dāng)負(fù)荷升至311 MW時(shí)，1號(hào)瓦T1/T2點(diǎn)溫度達(dá)到84.66℃/98.79℃，而該機(jī)組A修前相同負(fù)荷工況時(shí)汽輪機(jī)1號(hào)瓦溫T1/T2僅為78.54℃/86.24℃。對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組A修后汽輪機(jī)1號(hào)瓦溫出現(xiàn)了明顯偏高問(wèn)題。

由于機(jī)組在A修期間對(duì)汽輪機(jī)1號(hào)瓦曾進(jìn)行解體檢修，并按照標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行了裝復(fù)，因此基本可以排除1號(hào)瓦存在軸瓦損傷或安裝工藝不規(guī)范的情況。直觀判斷，可能是汽輪機(jī)1號(hào)瓦的承重力發(fā)生了改變，導(dǎo)致1號(hào)瓦軸承的承重力比A修前有所增大。

1.2 轉(zhuǎn)子受力分析

機(jī)組1號(hào)高壓主汽閥控制汽輪機(jī)左側(cè)的1號(hào)與3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥，2號(hào)高壓主汽閥控制汽輪機(jī)右側(cè)的2號(hào)與4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥。圖1為汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子受力分析圖。

圖1 高壓轉(zhuǎn)子汽流受力分析

可以看出，轉(zhuǎn)子y方向向下所受到的汽流力為：Fqy＝by＋dy－ay－cy，當(dāng)機(jī)組采用單閥進(jìn)汽時(shí)，4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥的進(jìn)汽開(kāi)度是一致的，因此轉(zhuǎn)子y方向向下所受到的汽流力（by＋dy）與y方向向上所受到的汽流力（ay＋cy）應(yīng)該處于平衡狀態(tài)，理論上Fqy＝0。若出現(xiàn)汽輪機(jī)左側(cè)進(jìn)汽流量小于右側(cè)進(jìn)汽流量的情況時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子左右側(cè)所受到的蒸汽力必然會(huì)發(fā)生變化，by＋dy>ay＋cy，轉(zhuǎn)子y方向向下所受到的汽流力必然增大Fqy>0，很顯然，這會(huì)造成汽輪機(jī)1號(hào)瓦y方向受力增大，瓦溫升高。

根據(jù)上述推斷，分析認(rèn)為造成汽輪機(jī)1號(hào)瓦溫偏高的原因，很可能是機(jī)組在單閥方式下運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)左側(cè)進(jìn)汽流量小于右側(cè)進(jìn)汽流量，造成1號(hào)瓦下半部左右兩個(gè)側(cè)面的軸瓦承受力均較A修前有所增大，T1/T2點(diǎn)的瓦溫偏高。因此，初步判斷1號(hào)或3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥沒(méi)有打開(kāi)，或者1號(hào)高壓主汽閥未全開(kāi)，為此進(jìn)行了下列試驗(yàn)。

1.3 關(guān)閥試驗(yàn)

機(jī)組協(xié)調(diào)控制撤出、負(fù)荷275 MW、汽輪機(jī)單閥狀態(tài)，各高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度為30%，以每次1%的幅度關(guān)小3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥，觀察機(jī)組負(fù)荷反應(yīng)。結(jié)果表明，在3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力均沒(méi)有明顯變化，直到全關(guān)；3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥全關(guān)后，關(guān)小1，2，4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥任一閥門(mén)到27%左右，機(jī)組負(fù)荷下降明顯，約降低5 MW。初步判斷，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥可能存在閥碟脫落的問(wèn)題，或3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥后的調(diào)節(jié)級(jí)區(qū)域發(fā)生了堵塞。

1.4 升負(fù)荷試驗(yàn)

手動(dòng)關(guān)閉3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥，機(jī)組緩慢升負(fù)荷到438 MW，此時(shí)4個(gè)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度分別為100%/ 29%/0/100%，主蒸汽壓力16.5 MPa。直觀分析，在此壓力與調(diào)閥開(kāi)度下，負(fù)荷偏低。查A修前運(yùn)行數(shù)據(jù)，在主蒸汽壓力14.7 MPa，4個(gè)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度分別為 100%/0/0/100%時(shí)，機(jī)組負(fù)荷為 400 MW，折算到主蒸汽壓力16.5 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的負(fù)荷應(yīng)為446 MW，即之前“兩閥全開(kāi)、兩閥全關(guān)”對(duì)應(yīng)的負(fù)荷比現(xiàn)在閥門(mén)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷還要高，這說(shuō)明機(jī)組的通流部分確實(shí)存在問(wèn)題。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組1號(hào)高壓主汽閥閥體溫度要比2號(hào)高壓主汽閥閥體溫度低10℃。

綜合以上判斷，初步分析認(rèn)為，造成上述現(xiàn)象的原因?yàn)椋簷C(jī)組1號(hào)高壓主汽閥閥蝶脫落或其后的3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥閥碟脫落；或是1號(hào)高壓主汽閥前的進(jìn)汽管及進(jìn)汽濾網(wǎng)、3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥后的導(dǎo)汽管及其后的調(diào)節(jié)級(jí)區(qū)域發(fā)生了堵塞。

1.5 檢查情況

在機(jī)組停運(yùn)后，對(duì)3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了解體檢查，未發(fā)現(xiàn)其閥碟脫落；檢查1號(hào)高壓主汽閥前的進(jìn)汽管及進(jìn)汽濾網(wǎng)、3號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥后的導(dǎo)汽管及其后的調(diào)節(jié)級(jí)區(qū)域，未發(fā)現(xiàn)堵塞。

對(duì)1號(hào)高壓主汽閥解體，檢查發(fā)現(xiàn)：預(yù)啟閥開(kāi)啟100 mm以上時(shí)，高壓主汽閥主閥蝶仍然未動(dòng)，而高壓主汽閥的閥門(mén)行程是188 mm，這顯然與實(shí)際開(kāi)啟時(shí)高壓主汽閥主閥蝶的開(kāi)啟點(diǎn)位置不符合，表明1號(hào)高壓主汽閥的閥蝶已經(jīng)脫落，拆除閥桿和1號(hào)高壓主汽閥的主閥蝶后，發(fā)現(xiàn)1號(hào)高壓主汽閥內(nèi)用于帶動(dòng)開(kāi)啟主閥蝶的內(nèi)套筒已經(jīng)全部脫落，如圖2所示。因此，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中1號(hào)高壓主汽閥開(kāi)啟時(shí)，其主閥閥碟未能全部打開(kāi)，僅僅有少量蒸汽通過(guò)預(yù)啟閥和未全開(kāi)的主閥進(jìn)入高壓缸，造成汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽，檢查結(jié)果與故障分析相符。

2 高壓主汽閥閥蝶脫落原因分析

該機(jī)組高壓主汽閥為直連式結(jié)構(gòu)，整個(gè)高壓主汽閥采用水平方式安裝，主閥蝶和內(nèi)套筒采用螺旋式安裝方式，其安裝工藝為：在內(nèi)套筒全部旋入主閥蝶后，再將主閥蝶內(nèi)壁邊緣的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行鉚邊，利用內(nèi)套筒與主閥蝶的螺紋來(lái)承受高壓主汽閥的開(kāi)啟壓力，利用鉚邊來(lái)對(duì)內(nèi)套筒進(jìn)行定位和限位。

從現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況看，原有的鉚邊已經(jīng)全部脫落，在不修正凹凸不平的鉚邊的情況下，內(nèi)套筒已可以在主閥蝶內(nèi)自由裝復(fù)和拆卸。

分析主閥蝶內(nèi)套筒脫落的原因：由于高壓主汽閥采用水平方式安裝，閥桿較長(zhǎng)，在高壓主汽閥整體裝復(fù)后，閥桿可能與內(nèi)套筒不同心，造成內(nèi)套筒的水平下半部的螺紋壁受到向下的壓力，在高壓主汽閥閥桿移動(dòng)或者是在機(jī)組打閘突然關(guān)閉高壓主汽閥時(shí)，高壓主汽閥內(nèi)套筒的鉚邊可能受到了振動(dòng)、壓力或者沖擊力，導(dǎo)致鉚邊脫落，主閥蝶內(nèi)的內(nèi)套筒在鉚邊脫落后由于蒸汽力或閥體振動(dòng)等原因產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)，最后整體從主閥蝶中脫落，使主閥蝶無(wú)法開(kāi)啟，造成汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽。

高壓主汽閥主閥蝶內(nèi)套筒脫落后，高壓主汽閥主閥蝶處于自由狀態(tài)，高壓主汽閥閥桿向開(kāi)啟方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，預(yù)啟閥開(kāi)啟到一定位置碰到限位的主閥蝶內(nèi)套筒后只能帶動(dòng)內(nèi)套筒一起向開(kāi)閥方向運(yùn)動(dòng)，高壓主汽閥主閥碟停留在原來(lái)的位置不會(huì)移動(dòng)。當(dāng)機(jī)組打閘時(shí)，預(yù)啟閥會(huì)頂住主閥蝶，帶動(dòng)主閥蝶一起快速關(guān)閉，因此高壓主汽閥主閥蝶脫落不會(huì)對(duì)高壓主汽閥的快速關(guān)閉能力造成影響，僅僅影響高壓主汽閥的開(kāi)啟程度。但通過(guò)對(duì)高壓主汽閥的主蒸汽流量產(chǎn)生影響，最終會(huì)造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子受力變化，影響到軸瓦的溫度與轉(zhuǎn)子振動(dòng)。

圖2 高壓主汽閥主閥碟與套筒

3 結(jié)論

（1）汽輪機(jī)軸瓦溫度發(fā)生異常的原因很多，汽輪機(jī)進(jìn)汽通流面積發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力不平衡，汽門(mén)進(jìn)汽方式不正常、配汽方式不合理是其中的一個(gè)重要原因。汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力不平衡，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受力不均，造成軸瓦溫度偏高、軸承振動(dòng)高等現(xiàn)象。檢查確認(rèn)汽門(mén)正常的進(jìn)汽方式，優(yōu)化合理的配汽方式，有利于改善汽輪機(jī)軸瓦瓦溫、降低軸承振動(dòng)。

（2）直連式高壓主汽閥與杠桿式高壓主汽閥結(jié)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、便于安裝和檢修等特點(diǎn)，但由于安裝工藝中鉚邊工藝不成熟或者實(shí)際鉚邊時(shí)鉚得太淺，運(yùn)行中容易造成高壓主汽閥主閥蝶與套筒脫落的現(xiàn)象，建議制造廠優(yōu)化鉚邊工藝細(xì)節(jié)，或改進(jìn)安裝工藝，將鉚邊工藝改為銷子限位工藝，防止高壓主汽閥主閥蝶內(nèi)套筒位置不固定，在運(yùn)行中逐漸與主閥脫落的現(xiàn)象再次發(fā)生。

（3）機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)適時(shí)安排高壓調(diào)節(jié)閥全行程活動(dòng)性試驗(yàn)，并對(duì)機(jī)組各負(fù)荷段的運(yùn)行參數(shù)和高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度進(jìn)行詳細(xì)記錄和對(duì)比，提早發(fā)現(xiàn)高壓主汽閥閥蝶脫落的事故隱患，保障機(jī)組的安全運(yùn)行。

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（本文編輯：陸 瑩）

Judgment and Analysis on Unilateral Steam Admission of Steam Turbine Caused by Main Steam Valve

HU Zhou，WU Wenjian，F(xiàn)AN Yinlong，GU Zhenhao，WU Ruikang
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Aiming at overheat of#1 bearing during startup of 600 MW units，the steam flow stress of rotor is analyzed，and test，check and analysis on valve shutdown and load rising are conducted，from which it is determined that inlet throughflow area at the left of steam turbine becomes changed.According to the judgment，the concerned valves and pipes at the left side of the turbine inlet throughflow area are inspected.It is found that overheat of#1 bearing is triggered by drop of main butterfly valve of#1 high-pressure main steam valve，which further causes unilateral admission.The paper analyzes main butterfly valve drop and relevant issues；besides，it puts forward suggestions on operation.

600 MW；steam turbine；high-pressure main steam valve；bearing temperature；unilateral admission

TK267

B

1007-1881（2015）09-0050-03

2015-04-07

胡 洲（1978），男，高級(jí)工程師，主要從事汽輪機(jī)調(diào)試、運(yùn)行分析和優(yōu)化、可靠性分析研究。