（山西魯能河曲發(fā)電有限公司，山西 忻州 036500）

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是火電機(jī)組的核心系統(tǒng)，它關(guān)系著汽輪機(jī)的正常調(diào)節(jié)和安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，國(guó)內(nèi)600MW及以上機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)均采用高壓抗燃油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。某電廠600MW汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界凝汽式汽輪機(jī)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)由東方汽輪機(jī)廠配套提供。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用磷酸脂抗燃油系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件電液伺服閥由美國(guó)穆格公司生產(chǎn)，型號(hào)為M00G072。

1 電液伺服閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

下面以美國(guó)穆格M00G072型伺服閥為例，介紹其結(jié)構(gòu)及工作原理（圖1）。

（1）伺服閥的結(jié)構(gòu)介紹。M00G072型伺服閥由電磁控制部分和閥體液壓兩部門組成。電磁部分是磁式力矩馬達(dá)，主要由磁鐵、導(dǎo)磁體、可動(dòng)銜鐵、控制線圈和彈簧管組成；液壓部分主要由閥體、閥套、滑閥、噴嘴、擋板、反饋桿、節(jié)流孔、過(guò)濾器等部件組成，滑閥通過(guò)反饋桿與銜鐵、擋板組件相連。該型式的伺服閥優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，線性度好，響應(yīng)快，工作可靠、壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是由于噴嘴擋板的工作間隙小，對(duì)油的清潔度要求較高。

圖1

（2）伺服閥的工作原理。伺服閥又稱電液轉(zhuǎn)換器，它將控制輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)。高壓抗燃油進(jìn)入伺服閥分成兩路，一路經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入滑閥兩側(cè)腔室，然后進(jìn)入噴嘴與擋板間的控制間隙中流出，另一路由滑閥控制推動(dòng)油動(dòng)機(jī)活塞動(dòng)作。其原理如下：在穩(wěn)定工況下，無(wú)電流輸入時(shí)，在彈簧管支撐下銜鐵處于導(dǎo)磁體的中間位置，擋板在噴嘴的中間位置，擋板兩側(cè)與噴嘴的距離相同，噴嘴兩側(cè)的油壓一致，滑閥處于中間位置，閥無(wú)液壓輸出。

當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，電流由伺服閥放大器輸入，力矩馬達(dá)中的電磁線圈產(chǎn)生磁通，可動(dòng)銜鐵在磁鐵上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩作用下旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)與其相連的擋板轉(zhuǎn)動(dòng)，擋板移近一只噴嘴，使該噴嘴流量變小，噴嘴前的油壓變高，而對(duì)側(cè)的噴嘴與擋板距離變大，使噴嘴前的油壓降低，這樣實(shí)現(xiàn)了將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱囟a(chǎn)生機(jī)械位移信號(hào)，再轉(zhuǎn)變?yōu)橛蛪盒盘?hào)，并通過(guò)噴嘴擋板系統(tǒng)將信號(hào)放大。擋板兩側(cè)的噴嘴前油壓與下部滑閥的兩個(gè)腔室相連通，當(dāng)兩個(gè)噴嘴前油壓不相等時(shí)，滑閥兩端的油壓也不相等，油壓差使滑閥移動(dòng)，滑閥上的凸肩控制油口的開(kāi)啟或關(guān)閉，以此控制油動(dòng)機(jī)活塞下腔的進(jìn)、回油，實(shí)現(xiàn)閥門的開(kāi)啟或關(guān)閉。滑閥移動(dòng)時(shí)，使反饋桿產(chǎn)生彈性形變，對(duì)銜鐵擋板組件產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩，當(dāng)作用在銜鐵擋板組件上的電磁轉(zhuǎn)矩、反饋桿反轉(zhuǎn)矩等力矩達(dá)到平衡時(shí)，滑閥停止移動(dòng)，達(dá)到一個(gè)平衡位置，閥門開(kāi)、關(guān)動(dòng)作完成。

為了增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性，在伺服閥中設(shè)置了彈簧管，彈簧管設(shè)有一定的機(jī)械偏零，其作用為：如果伺服閥在運(yùn)行中突然斷電，借助機(jī)械力量可以使滑閥偏移一側(cè)，使汽閥關(guān)閉；彈簧管還有一個(gè)重要的負(fù)反饋?zhàn)饔?，它可以增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)電信號(hào)輸入使擋板移動(dòng)后，滑閥移動(dòng)，此時(shí)彈簧管會(huì)產(chǎn)生彈性變形，平衡掉部分滑閥壓差，防止在滑閥兩端面壓差力作用下，滑閥由中間位置被推向一端的極限位置，造成油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)量過(guò)大，導(dǎo)致汽門調(diào)節(jié)過(guò)程中產(chǎn)生振蕩等問(wèn)題。

2 電液伺服閥常見(jiàn)故障分析

調(diào)節(jié)系統(tǒng)電液伺服閥在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，根據(jù)多年運(yùn)行、檢修情況，歸納了伺服閥存在的常見(jiàn)故障為卡澀、密封圈損壞、閥芯部件腐蝕磨損、緊固螺栓斷裂等，針對(duì)以上常見(jiàn)故障，進(jìn)行分析、總結(jié)并提出處理措施。

（1）伺服閥堵塞、卡澀。調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)伺服閥卡澀問(wèn)題，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，伺服閥堵塞占伺服閥故障次數(shù)的75%以上。一旦發(fā)生卡澀，會(huì)造成汽輪機(jī)汽閥開(kāi)、關(guān)位置異常，處于全開(kāi)或全關(guān)狀態(tài)無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)整。主要原因?yàn)樗欧y的閥芯與閥套間隙只有2μm，噴嘴與擋板間的間隙在3μm左右，極易發(fā)生堵塞卡澀，當(dāng)油中有顆?？ㄔ诋?dāng)中時(shí)，就會(huì)使擋板始終靠近一個(gè)噴嘴且反饋桿無(wú)法將其拉回，造成滑閥兩端的差壓始終存在，滑閥始終移向一個(gè)方向，導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)處于全開(kāi)或全關(guān)位置而無(wú)法控制。伺服閥發(fā)生卡澀時(shí)，運(yùn)行人員不要著急進(jìn)行操作，將指令輸入過(guò)高或過(guò)低，這樣容易造成閥門突關(guān)而引起參數(shù)大幅波動(dòng)，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)行人員應(yīng)做好事故預(yù)想，同時(shí)聯(lián)系汽機(jī)、熱工檢修人員共同分析，制定好處理措施后，再開(kāi)展后續(xù)處理工作。

（2）伺服閥密封圈損壞。伺服閥因密封圈失效或損壞問(wèn)題易發(fā)生泄漏故障。主要原因：一是伺服閥長(zhǎng)期在溫度較高的環(huán)境下運(yùn)行，密封圈長(zhǎng)期使用后老化未及時(shí)更換造成泄漏，二是密封圈材質(zhì)、質(zhì)量不符合要求造成泄漏，三是在檢修過(guò)程中，檢修工藝不良造成泄漏。

針對(duì)以上原因，為避免發(fā)生伺服閥密封圈密封失效導(dǎo)致的泄漏問(wèn)題，提出以下處理措施：一是建立、完善密封件更換、檢修臺(tái)賬。建立抗燃油系統(tǒng)特別是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各伺服閥、電磁閥等設(shè)備密封臺(tái)賬，重點(diǎn)做好密封圈更換時(shí)間記錄。根據(jù)記錄，對(duì)密封圈進(jìn)行定期檢查、更換，避免因長(zhǎng)期使用老化損壞造成泄漏。二是把好密封圈質(zhì)量關(guān)。目前，火電機(jī)組抗燃油一般使用磷酸酯抗燃油，其對(duì)金屬材料本身沒(méi)有腐蝕性，但油中的水分、氯含量、電阻率和酸值等指標(biāo)超標(biāo)都會(huì)導(dǎo)致金屬部件的腐蝕。因此，伺服閥使用的密封圈必須注意其材質(zhì)、質(zhì)量。如果使用不符合要求材質(zhì)的密封圈，不但會(huì)造成伺服閥泄漏，還會(huì)污染抗燃油，使抗燃油變質(zhì)。材質(zhì)必須滿足可以長(zhǎng)期在高溫、高壓的抗燃油中正常使用，同時(shí)滿足被壓縮后正常變形量情況下不會(huì)泄漏。硅橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯可以在磷酸酯抗燃油中適應(yīng)，一般選用氟橡膠作為密封材料。在伺服閥檢修時(shí)，必須對(duì)密封圈材質(zhì)進(jìn)行檢查確認(rèn)，密封圈備件到貨后做好質(zhì)量驗(yàn)收，同時(shí)在使用前進(jìn)行外觀檢查，不能有變形、磨損等缺陷；不能使用老化、過(guò)期的密封圈；在安裝時(shí)嚴(yán)格檢修工藝，確保密封圈安裝到位，防止發(fā)生泄漏。

（3）伺服閥本身腐蝕、磨損及力矩馬達(dá)故障。伺服閥在運(yùn)行過(guò)程中，本身會(huì)發(fā)生故障，主要表現(xiàn)為控制系統(tǒng)短路或斷線、零部件腐蝕、磨損等。造成伺服閥本身故障的原因較多，如抗燃油油溫過(guò)高、酸值超標(biāo)、水分超標(biāo)、顆粒度不合格等。對(duì)閥體部分，存在腐蝕、磨損問(wèn)題，主要是油質(zhì)不合格造成，同時(shí)由于系統(tǒng)運(yùn)行壓力較高，也會(huì)對(duì)閥造成磨損。閥內(nèi)部噴嘴、節(jié)流孔、通道、滑閥的凸肩等部件發(fā)生腐蝕、磨損后，會(huì)造成內(nèi)漏，零偏增大，流體噪聲增大，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。在運(yùn)行過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)油質(zhì)的監(jiān)督，減少腐蝕情況的發(fā)生，同時(shí)定期對(duì)伺服閥進(jìn)行維修，對(duì)磨損嚴(yán)重的定期進(jìn)行更換。對(duì)力矩馬達(dá)部分，存在松動(dòng)、斷線等問(wèn)題，主要原因?yàn)樵O(shè)備存在振動(dòng)，造成固定螺栓松動(dòng)，同時(shí)，部分伺服閥工作的環(huán)境溫度較高，造成電子元件損壞，使閥無(wú)法動(dòng)作，影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)。在運(yùn)行過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)伺服閥力矩馬達(dá)的檢查，防止因振動(dòng)造成螺栓松動(dòng)，同時(shí)做好伺服閥環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)工作，如溫度過(guò)高，及時(shí)采取措施，避免電子元件的損壞。

（4）伺服閥緊固螺栓斷裂。伺服閥緊固螺栓對(duì)伺服閥的安全運(yùn)行起著重要作用。截至目前，火電機(jī)組已發(fā)生多起因伺服閥螺栓斷裂造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的事件，如某600MM亞臨界機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中汽輪機(jī)高調(diào)門伺服閥螺栓斷裂，導(dǎo)致抗燃油系統(tǒng)漏油造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，某電廠給水泵汽輪機(jī)高調(diào)門伺服閥連接螺栓斷裂造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，這表明對(duì)伺服閥螺栓的重要性認(rèn)識(shí)存在明顯不足。

伺服閥螺栓斷裂的主要原因之一是疲勞斷裂，螺栓使用后可能發(fā)生一定的松動(dòng)，產(chǎn)生徑向或軸向作用力，造成斷裂；二是螺栓制造加工存在缺陷；三是螺栓強(qiáng)度不滿足要求，螺栓承受的力大于螺栓強(qiáng)度造成斷裂；四是螺栓材料達(dá)不到要求，選用螺栓時(shí)材料等級(jí)偏低；五是螺栓緊固工藝不當(dāng)，預(yù)緊力過(guò)小會(huì)導(dǎo)致泄漏，預(yù)緊力過(guò)大，會(huì)損傷螺栓甚至斷裂。因此，如何控制螺栓預(yù)緊力是必須重視的問(wèn)題。

為防止螺栓發(fā)生斷裂問(wèn)題，建議一是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況，選用高強(qiáng)度、韌性及抗疲勞性能較好的螺栓，目前部分火電機(jī)組已將伺服閥螺栓強(qiáng)度由原來(lái)的8.8級(jí)提高至12.9級(jí)；二是做好螺栓到貨后驗(yàn)收工作，制定和完善相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，防止不合格螺栓使用；三是在檢修期間做好螺栓檢測(cè)工作，根據(jù)相關(guān)導(dǎo)則要求“對(duì)大于和等于M32的螺栓均應(yīng)依據(jù)DL/T694進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，必要時(shí)可按NB/T47013.4、NB/T47013.4進(jìn)行磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)，或進(jìn)行其他有效的無(wú)損檢測(cè)”，而伺服閥螺栓不在監(jiān)督范圍內(nèi)。因此，建議各火電機(jī)組將伺服閥螺栓檢測(cè)納入金屬檢測(cè)內(nèi)容并定期檢測(cè)；四是嚴(yán)格螺栓緊固工藝，按力矩要求緊固螺栓；五是做好日常巡檢工作，檢查螺栓固定情況，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)時(shí)及時(shí)緊固處理。

3 電液伺服閥運(yùn)行及維護(hù)工作的建議

（1）加強(qiáng)對(duì)伺服閥檢修的管理。伺服閥在更換時(shí)，原則上應(yīng)選用與原來(lái)使用規(guī)格型號(hào)相同的；做好伺服閥臺(tái)賬，運(yùn)行一定的時(shí)間后，聯(lián)系專業(yè)廠家對(duì)伺服閥進(jìn)行清洗、檢測(cè)、做耐壓試驗(yàn)，通過(guò)專業(yè)設(shè)備可以徹底完成清洗工作，并通過(guò)試驗(yàn)和調(diào)整使伺服閥處于最佳的工作狀態(tài)，防止事故的發(fā)生。

（2）加強(qiáng)對(duì)抗燃油系統(tǒng)油質(zhì)的管理。伺服閥對(duì)油質(zhì)的要求很高，目前火電機(jī)組普遍采用磷酸酯抗燃油，在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生顆粒度和酸值超標(biāo)問(wèn)題。據(jù)有關(guān)資料介紹，80%的伺服閥故障是由于油液污染造成的。因此，加強(qiáng)抗燃油油質(zhì)控制，對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。為保證抗燃油油質(zhì)，應(yīng)加強(qiáng)油質(zhì)的監(jiān)督，嚴(yán)格按照DL/T571-2014《電廠用磷酸脂抗燃油運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》的規(guī)定開(kāi)展工作，確保顆粒度SAE AS4059F等級(jí)≤6級(jí)，酸值≤0.15mgKOH/g。發(fā)現(xiàn)油質(zhì)異常時(shí)要縮短分析周期。在維護(hù)工作中，建立抗燃油系統(tǒng)濾芯更換臺(tái)賬，定期對(duì)系統(tǒng)各濾芯進(jìn)行檢查、更換，同時(shí)開(kāi)展定期濾油工作，保證油質(zhì)合格。在檢修過(guò)程中，必須做好抗燃油系統(tǒng)設(shè)備的防護(hù)、封堵工作，防止污染油質(zhì)；同時(shí)，盡量避免凡士林等潤(rùn)滑劑在液壓設(shè)備上的使用，避免對(duì)抗燃油油質(zhì)造成老化或污染。目前，抗燃油基本上采用進(jìn)口油，建議做好抗燃油儲(chǔ)存工作并做好臺(tái)賬記錄，在加入新油前，做好混油試驗(yàn)，防止發(fā)生油質(zhì)惡化。

（3）加強(qiáng)運(yùn)行過(guò)程中的管理。在運(yùn)行過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)伺服閥溫度的檢查，盡可能降低其工作環(huán)境溫度；同時(shí)，對(duì)靠近熱力設(shè)備的抗燃油供油、回油管路進(jìn)行隔離、阻斷熱源傳遞。

在機(jī)組啟動(dòng)前，對(duì)伺服閥零位偏置進(jìn)行試驗(yàn)，在伺服閥失電的情況下，被控制的汽閥應(yīng)緩慢關(guān)閉，同時(shí)記錄好關(guān)閉時(shí)間，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)對(duì)伺服閥進(jìn)行檢查、更換。嚴(yán)格按制造廠家要求開(kāi)展高壓調(diào)門活動(dòng)試驗(yàn)，不但可以防止閥門發(fā)生卡澀問(wèn)題，而且可以促使油動(dòng)機(jī)內(nèi)油的循環(huán)，防止油動(dòng)機(jī)活塞底部高溫抗燃油長(zhǎng)時(shí)間囤積，造成抗燃油的劣化。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，伺服閥在正常條件下應(yīng)結(jié)合機(jī)組A級(jí)檢修機(jī)會(huì)聯(lián)系專業(yè)廠家進(jìn)行檢測(cè)、修復(fù)，如具備條件，建議每年對(duì)伺服閥進(jìn)行清洗，以保證伺服閥具有良好的性能。

4 結(jié)語(yǔ)

電液伺服閥作為火電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其微小故障將嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文重點(diǎn)介紹了電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理、對(duì)常見(jiàn)的故障進(jìn)行了分析并提出了處理措施及相關(guān)建議，加強(qiáng)對(duì)伺服閥的管理，對(duì)火電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。上述總結(jié)還不全面，需要在以后的工作中加強(qiáng)這方面的研究，不斷地提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性。