劉海峰,王長(zhǎng)友,姜 濤

1　概述

本鋼板材發(fā)電廠21號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組系哈汽于1987年制造的CC50-8.83/1.275/0.118型（于2014年12月進(jìn)行通流部分改造，降低工業(yè)抽汽參數(shù)，改型為CC50-8.83/1.078/0.118型），雙缸、單軸、雙抽、冷凝式汽輪機(jī)，配套上海電機(jī)廠制造的QFS-60-2型發(fā)電機(jī)。

該機(jī)組配套的自動(dòng)主汽閥為立式、自動(dòng)關(guān)閉器（操縱機(jī)構(gòu)）在上方、帶預(yù)啟閥（行程：15 mm）、單座閥自動(dòng)主汽閥。

主汽門(mén)應(yīng)能緩慢開(kāi)啟，迅速關(guān)閉（中小型機(jī)組在0.5 s之內(nèi)，大型機(jī)組在0.2 s之內(nèi)），并能在正常運(yùn)行時(shí)做閥桿的活動(dòng)試驗(yàn)，以防止閥桿卡澀故障，保證動(dòng)作靈活，安全可靠。

每隔4年，該機(jī)組進(jìn)行一次大修。每次大修，對(duì)自動(dòng)主汽閥進(jìn)行解體檢查時(shí)都會(huì)發(fā)現(xiàn)：預(yù)啟閥處于關(guān)閉狀態(tài)；預(yù)啟閥凸肩與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)已經(jīng)卡澀至無(wú)法發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的狀態(tài)（現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)作“抱死”）。

2014年12月，對(duì)該機(jī)組自動(dòng)主汽閥解體檢查，再次發(fā)現(xiàn)預(yù)啟閥處于關(guān)閉狀態(tài)并且已經(jīng)“抱死”。

如果要對(duì)預(yù)啟閥進(jìn)行處理，使其能夠活動(dòng)，據(jù)以往的檢修經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有的檢修工藝，將會(huì)對(duì)自動(dòng)主汽閥的門(mén)桿、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、預(yù)啟閥等部件造成破壞；而這些部件沒(méi)有儲(chǔ)備，如果等待新的備件到貨進(jìn)行更換則將貽誤工期。

一般地說(shuō)，機(jī)組自動(dòng)主汽閥預(yù)啟閥發(fā)生卡澀故障必須及時(shí)消除，以保證自動(dòng)主汽閥的嚴(yán)密性；以保證自動(dòng)主汽閥能夠順利開(kāi)啟。可是，針對(duì)預(yù)啟閥故障的具體狀態(tài)及機(jī)組特定的啟動(dòng)方式，在確保自動(dòng)主汽閥、調(diào)速汽門(mén)嚴(yán)密性的前提下，在沒(méi)有備件儲(chǔ)備、工期緊張的情況下，如果能夠保證自動(dòng)主汽閥順利開(kāi)啟，預(yù)啟閥的故障也可暫緩處理，先行回裝，等有備件時(shí)及時(shí)消除缺陷。另外，也要研究預(yù)啟閥產(chǎn)生故障的原因，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，徹底解決這個(gè)問(wèn)題。

面對(duì)“預(yù)啟閥卡澀抱死的故障暫緩處理，先研究回裝是否可行”問(wèn)題，著重從以下兩個(gè)方面進(jìn)行了探討：

（1）自動(dòng)關(guān)閉器的提升力問(wèn)題。

（2）自動(dòng)主汽閥的嚴(yán)密性問(wèn)題。

提升力問(wèn)題可以通過(guò)計(jì)算確定；閥門(mén)嚴(yán)密性問(wèn)題必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。

2　自動(dòng)關(guān)閉器的提升力

2.1　預(yù)啟閥可以減少開(kāi)啟主汽閥所需的提升力

主汽閥口徑較大時(shí)，為了降低開(kāi)啟主汽閥所需要的提升力，設(shè)置直徑較小的預(yù)啟閥，由于預(yù)啟閥口徑較小，提升力也較小，使操縱機(jī)構(gòu)易于設(shè)計(jì)。

對(duì)于典型結(jié)構(gòu)的立式主汽閥（圖1），在主汽閥球形頭的圓周上對(duì)稱(chēng)開(kāi)有四個(gè)孔，下部開(kāi)有一個(gè)孔。預(yù)啟閥關(guān)閉時(shí)，將堵住下部這個(gè)孔；當(dāng)預(yù)啟閥開(kāi)啟時(shí)，一部分蒸汽由圓周上的四個(gè)孔進(jìn)入，通過(guò)下部這個(gè)孔進(jìn)入機(jī)組，對(duì)于這種典型結(jié)構(gòu)的主汽門(mén)，由于蒸汽壓強(qiáng)作用于主門(mén)芯的上部，是提升主門(mén)芯的阻力，設(shè)置預(yù)啟閥，當(dāng)預(yù)啟閥開(kāi)啟時(shí)，先卸掉一部分蒸汽壓力，能減少開(kāi)啟時(shí)所需要的提升力。

圖1　主汽閥及自動(dòng)關(guān)閉器（局部）

預(yù)啟閥直徑大小的選用原則有兩種：（1）保證額定進(jìn)汽參數(shù)條件下，能通過(guò)維持機(jī)組空載（額定轉(zhuǎn)速）所需的流量，用預(yù)啟閥可控制機(jī)組升速。（2）預(yù)啟閥能控制升負(fù)荷到15%額定負(fù)荷左右。

針對(duì)哈汽制造這臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)方式：主蒸汽通過(guò)兩條蒸汽管道匯集到自動(dòng)主汽閥；在兩條主蒸汽管道上，各設(shè)置一個(gè)電動(dòng)主汽門(mén)，每個(gè)電動(dòng)主汽門(mén)都設(shè)置有旁路，每次啟動(dòng)機(jī)組時(shí)，在蒸汽管道預(yù)熱之后，將自動(dòng)主汽閥全開(kāi)，然后，通過(guò)電動(dòng)主汽門(mén)的旁路門(mén)控制機(jī)組的進(jìn)汽量，進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。無(wú)需利用預(yù)啟閥控制轉(zhuǎn)速或帶少量負(fù)荷。

2.2　自動(dòng)關(guān)閉器的提升力測(cè)算

CC50型機(jī)組自動(dòng)關(guān)閉器活塞的直徑為φ240，活塞下油壓20 kgf/cm2，自動(dòng)關(guān)閉器的提升力為9047.8 kgf，折合 88668 N。

2.2.1開(kāi)啟主汽門(mén)需要克服的彈簧阻力

自動(dòng)關(guān)閉器活塞上，活塞桿套裝2個(gè)圓柱形螺旋壓縮彈簧（表1）。

表1　彈簧參數(shù)

自動(dòng)關(guān)閉器活塞行程為100 mm，提升主汽閥需要將2個(gè)彈簧同時(shí)壓縮100 mm。

提升主汽閥需要克服彈簧阻力：26755 N。

2.2.2開(kāi)啟主汽門(mén)需要克服的設(shè)備重力

開(kāi)啟主汽門(mén)需要提升的部套質(zhì)量如下：

預(yù)啟閥：20 kg;

預(yù)啟閥螺帽：6.5 kg;

閥桿：9.5 kg;

閥碟：110 kg;

閥體套筒：133 kg;

球面墊圈：0.35 kg;

合計(jì)：279.35 kg。

可見(jiàn)：開(kāi)啟主汽門(mén)需要克服的部套重力為279.35×9.8=2738 N。

2.2.3自動(dòng)關(guān)閉器能克服的蒸汽阻力

根據(jù)自動(dòng)關(guān)閉器的提升力及彈簧的阻力、設(shè)備的自身的重力，在預(yù)啟閥不能開(kāi)啟的情況下，為確保主汽閥能夠開(kāi)啟，還可以承受的蒸汽載荷：

88668N－26755N－2738N=59175 N。

閥座口徑φ320，受力面積：0.08 m2。在預(yù)啟閥不能開(kāi)啟的情況下，為確保主汽閥能夠開(kāi)啟，還可以承受的蒸汽壓力：59175N/0.08m2=0.74×106Pa=0.74 MPa。

該機(jī)組啟動(dòng)之前，先要對(duì)主蒸汽管道進(jìn)行分段預(yù)熱，對(duì)電動(dòng)主汽門(mén)前的主蒸汽管道預(yù)熱稱(chēng)為一段暖管，對(duì)電動(dòng)主汽門(mén)至自動(dòng)主汽閥之間的管道進(jìn)行預(yù)熱，稱(chēng)為二段暖管，根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)行二段暖管期間，將自動(dòng)主汽閥前的汽壓控制在0.7 MPa以內(nèi)，可以確保自動(dòng)主汽閥能夠開(kāi)啟。

既然預(yù)啟閥是在某次停機(jī)期間，因產(chǎn)生氧化皮導(dǎo)致抱死的，而上次啟動(dòng)機(jī)組時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生因提升力不足問(wèn)題而導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)啟自動(dòng)主汽閥，據(jù)此也可以判斷：即使本次對(duì)預(yù)啟閥故障暫不處理，也不會(huì)因預(yù)啟閥故障導(dǎo)致導(dǎo)致主汽門(mén)無(wú)法開(kāi)啟的后果。

退一步說(shuō)，新機(jī)組靜態(tài)調(diào)試的時(shí)候，在主汽閥沒(méi)有通入蒸汽的時(shí)候，是可以順利開(kāi)啟的，所以，最不利的情況是：在二段暖管結(jié)束后，將自動(dòng)主汽閥前的蒸汽壓力卸掉，此時(shí)自動(dòng)關(guān)閉器提升主汽閥，僅需克服設(shè)備自身的重力及彈簧的阻力，是一定能夠開(kāi)啟自動(dòng)主汽閥的。

2.3　自動(dòng)關(guān)閉器的提升力驗(yàn)證

2015年2月1日，該機(jī)組大修完成后進(jìn)行調(diào)試，啟動(dòng)機(jī)組，自動(dòng)主汽閥能夠順利開(kāi)啟，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)：在機(jī)組按旁路暖管、暖機(jī)、啟動(dòng)方式條件下，即使預(yù)啟閥處于卡澀抱死關(guān)閉的狀態(tài)下，也能夠順利開(kāi)啟。

3　閥門(mén)的嚴(yán)密性

機(jī)組的自動(dòng)主汽閥與高壓缸調(diào)速汽門(mén)是保證機(jī)組安全啟、停和運(yùn)行的關(guān)鍵部件，它們的嚴(yán)密性保證汽輪機(jī)在突然甩負(fù)荷或緊急停機(jī)后不至于過(guò)分超速，并能有效地控制轉(zhuǎn)速，因此要求機(jī)組甩負(fù)荷前后進(jìn)行汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)。

3.1　自動(dòng)主汽閥的嚴(yán)密性要求

自動(dòng)主汽閥是主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的第一道總閥門(mén)，其主要功能是在危急情況下，當(dāng)汽輪機(jī)的保護(hù)裝置動(dòng)作后，能迅速自動(dòng)關(guān)閉，快速切斷進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽通道，使機(jī)組迅速停機(jī)，以防止產(chǎn)生過(guò)大的超速或避免事故擴(kuò)大。

高壓汽輪機(jī)對(duì)自動(dòng)主汽閥的嚴(yán)密性一般要求【水利電力部司局文件（87）基火字第86號(hào)文】：

（1）關(guān)閉試驗(yàn)閥門(mén)，能使機(jī)組轉(zhuǎn)速降至1000 r/min以下為合格，降速過(guò)程時(shí)間僅作參數(shù)。

（2）試驗(yàn)時(shí)主蒸汽壓力應(yīng)不低于1/2額定值，當(dāng)蒸汽壓力低于額定值時(shí)，應(yīng)對(duì)允許轉(zhuǎn)速進(jìn)行修正。

3.2　自動(dòng)主汽閥嚴(yán)密性的初步判斷

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，預(yù)啟閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，如果此時(shí)發(fā)生卡澀故障，則停機(jī)后，預(yù)啟閥應(yīng)該處于開(kāi)啟狀態(tài)。

自動(dòng)主汽閥解體后，根據(jù)對(duì)預(yù)啟閥的觀察：預(yù)啟閥處于關(guān)閉狀態(tài)，據(jù)此判斷，預(yù)啟閥發(fā)生卡澀故障是在某次停機(jī)期間發(fā)生的。雖然預(yù)啟閥處于關(guān)閉狀態(tài)，并不能保證嚴(yán)密性，聯(lián)系歷次啟動(dòng)機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自動(dòng)主汽閥不嚴(yán)。

綜上所述，初步判斷：在備件短期內(nèi)無(wú)法運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的情況下，即使本次對(duì)預(yù)啟閥故障暫緩處理，也可能不會(huì)因預(yù)啟閥故障導(dǎo)致主汽門(mén)不嚴(yán)的后果。

當(dāng)然，“沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自動(dòng)主汽閥不嚴(yán)”并不能說(shuō)明自動(dòng)主汽閥的嚴(yán)密性是合格的，啟動(dòng)機(jī)組時(shí)，應(yīng)該對(duì)自動(dòng)主汽閥嚴(yán)密性加以驗(yàn)證。如果嚴(yán)密，則預(yù)啟閥缺陷可以暫緩處理，如果不嚴(yán)密，則必須盡早處理。

3.3　汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)：

（1）在高壓缸調(diào)速汽門(mén)保持開(kāi)啟狀態(tài)下，將自動(dòng)主汽閥關(guān)閉后，機(jī)組轉(zhuǎn)速由3000 r/min降至1000 r/min以下，惰走時(shí)間約4 min，證實(shí)自動(dòng)主汽閥嚴(yán)密性合格。

（2）在自動(dòng)主汽閥保持開(kāi)啟狀態(tài)下，將高壓缸調(diào)速汽門(mén)關(guān)閉，機(jī)組轉(zhuǎn)速由3000 r/min降至1000 r/min以下，惰走時(shí)間約6 min，證實(shí)調(diào)速汽門(mén)嚴(yán)密性合格。

4　改進(jìn)設(shè)計(jì)消除預(yù)啟閥的缺陷

綜上所述，在沒(méi)有備件儲(chǔ)備的情況下，暫時(shí)忽略自動(dòng)主汽閥預(yù)啟閥卡澀抱死故障，實(shí)屬權(quán)宜之計(jì)；若逢大修周期更換備件，也不能保證機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)預(yù)啟閥處于正常狀態(tài)。

若要從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，必須查清原因，改進(jìn)設(shè)計(jì)。

預(yù)啟閥的材質(zhì)為：15Cr11MoV，預(yù)啟閥套筒的材質(zhì)為：30Cr2MoV。經(jīng)與設(shè)備制造廠家交流，廠家承諾從預(yù)啟閥及其套筒金屬材料的選擇及部套間隙設(shè)計(jì)方面進(jìn)行改進(jìn)，徹底解決這個(gè)問(wèn)題。

5　結(jié)論

(1)根據(jù)該機(jī)組預(yù)啟閥所處的狀態(tài)及機(jī)組的暖管方式、啟動(dòng)方式、及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算及實(shí)踐證實(shí)，即使在預(yù)啟閥處于關(guān)閉的狀態(tài)下，自動(dòng)關(guān)閉器的提升力能夠保證自動(dòng)主汽閥順利開(kāi)啟；考慮到機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果因某種意外原因?qū)е聶C(jī)組跳閘，需要盡快投入運(yùn)行時(shí)，往往需要盡快開(kāi)啟主汽門(mén)，如果預(yù)啟閥處于卡澀抱死關(guān)閉狀態(tài)不能開(kāi)啟，則由于主蒸汽壓力過(guò)大，自動(dòng)主汽閥不能正常順利開(kāi)啟，不利于生產(chǎn)順行，不利于設(shè)備安全。因此，這個(gè)缺陷必須盡早消除。

(2)在確認(rèn)主汽門(mén)嚴(yán)密性合格的前提下，在沒(méi)有備件儲(chǔ)備的條件下，為縮短工期，自動(dòng)主汽閥預(yù)啟閥的缺陷可以暫緩處理。但是，預(yù)啟閥處于關(guān)閉狀態(tài)并意味著能關(guān)嚴(yán)，嚴(yán)密性不能得到充分的保證。雖然汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)合格，但是畢竟存在卡澀現(xiàn)象，因此，這個(gè)缺陷必須盡早消除。應(yīng)早日購(gòu)置預(yù)啟閥的相關(guān)備件。對(duì)新備件應(yīng)要求廠家改進(jìn)設(shè)計(jì)，以克服卡澀抱死的缺陷。

[參 考 文 獻(xiàn)]

【1】中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)主編.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)（第二卷，汽輪機(jī)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007年1月.

【2】李寶玉,魏玉璞編著.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)疑難問(wèn)題解析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006年6月.