臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司機(jī)械部 譚炎勤 廣東粵電新會(huì)發(fā)電有限公司 吳麗琴

核電廠高壓調(diào)節(jié)閥比例閥的最大進(jìn)油量為241L/min，大于調(diào)節(jié)油系統(tǒng)（GFR）主油泵GFR1210/1220PO的總流量（單臺(tái)額定流速為100L/min），當(dāng)遇到汽輪機(jī)甩負(fù)荷、甩空載、短電網(wǎng)故障及閥門(mén)活動(dòng)性試驗(yàn)時(shí)，如果GRE油動(dòng)機(jī)插裝閥及電磁閥[控制油卸荷閥（CVP）、安全油卸荷閥（CVS）、試驗(yàn)電磁閥（EVS）]卡開(kāi)，GRE高壓閥比例閥將會(huì)以241L/min的最大流量進(jìn)油，大于2臺(tái)GFR主油泵的總流量，引起GFR母管失壓，當(dāng)GFR1210/1220PO出口壓力低于90bar時(shí)GFR1210/1220PO跳泵，汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（GSE）跳閘模塊出口壓力低于50bar時(shí)汽輪機(jī)跳閘，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅。

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)由GFR/GRE/GSE 3個(gè)系統(tǒng)組成，GFR系統(tǒng)供應(yīng)必要的高壓油（120bar.g）以保證GSE系統(tǒng)安全模塊的正常運(yùn)行，并向汽輪機(jī)高、中壓缸GRE調(diào)節(jié)閥和GSE截止閥的液力伺服裝置提供調(diào)節(jié)油，當(dāng)GFR系統(tǒng)供油的高壓油壓力低于90bar.g時(shí)會(huì)引起GFR高壓油泵跳泵，當(dāng)GSE安全模塊出口壓力低于50bar.g時(shí)汽輪機(jī)跳閘。

GSE主汽閥和GRE調(diào)節(jié)閥分別由各自的油動(dòng)機(jī)操縱，每個(gè)油動(dòng)機(jī)上都安裝有EVS、比例電磁閥（EVP）、CVP及CVS，在每個(gè)調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)前布置了蓄能器組件，為閥門(mén)快開(kāi)時(shí)提供足夠的動(dòng)力油，保證閥門(mén)在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間范圍內(nèi)快開(kāi)，響應(yīng)機(jī)組瞬態(tài)工況要求，同時(shí)防止閥門(mén)因快開(kāi)時(shí)需大量用油而系統(tǒng)供油不足拉低系統(tǒng)油壓。

GRE調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)開(kāi)度由EVP控制，每個(gè)EVP獨(dú) 立 使 用1塊Vickers卡，Vickers卡 接 收GRE控制器產(chǎn)生的閥門(mén)開(kāi)度指令信號(hào)與就地閥門(mén)開(kāi)度反饋信號(hào)，若這2個(gè)信號(hào)為正偏差則比例閥正向動(dòng)作，此時(shí)進(jìn)油量增大、GRE調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大；若該信號(hào)為負(fù)偏差則比例閥負(fù)向動(dòng)作，此時(shí)進(jìn)油量減少、GRE調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小。在機(jī)組甩負(fù)荷、甩空載、短電網(wǎng)及GRE001試驗(yàn)過(guò)程中，需要GRE閥門(mén)快速關(guān)閉，EVP向負(fù)向快速移動(dòng)到底，CVP開(kāi)啟，GRE油動(dòng)機(jī)快速泄油，GRE閥門(mén)快速關(guān)閉。

1 GRE比例閥進(jìn)油量過(guò)大風(fēng)險(xiǎn)模擬驗(yàn)證及改進(jìn)措施

選取1號(hào)高壓調(diào)閥進(jìn)行試驗(yàn)，GFR油溫41℃，保持GFR雙泵運(yùn)行，控制卡處于閉環(huán)控制，閥位開(kāi)度為10%，使電磁閥通電（模擬插裝閥CVP/CVS/EVS卡開(kāi)），持續(xù)13s后GFR母管壓力降至88bar，GFR母管壓力降至90bar以下后雙雙跳泵[1]。

與預(yù)期一致，當(dāng)EVSCVSCVP意外卡澀時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大（即比例閥供油增加時(shí)），會(huì)導(dǎo)致GFR母管油壓被拉低引起跳機(jī)（油壓低于50bar跳機(jī)），具體可能出現(xiàn)異常工況及其可能卡澀閥分別為：GRE001試驗(yàn)。EVSCVSCVP；短電網(wǎng)故障。CVP；甩空載。CVP；甩廠用電。CVP。

在蓄能器上游，每個(gè)GRE調(diào)節(jié)閥（高壓4個(gè)及中壓4個(gè)）供油支管上加裝節(jié)流孔板：限制每臺(tái)GRE閥門(mén)最大供油量（120bar壓差下不大于50L/min)，當(dāng)某個(gè)GRE調(diào)門(mén)的EVSCVSCVP出現(xiàn)卡澀以最大120bar壓差供油時(shí)不會(huì)拉低GFR母管油壓；同時(shí)保證正常運(yùn)行供油量（1bar壓差下大于5L），大于油動(dòng)機(jī)正常泄漏量；調(diào)節(jié)閥快速開(kāi)啟由蓄能器提供動(dòng)力油。

1.1 孔板計(jì)算與選型

1.1.1 節(jié)流孔大小計(jì)算

節(jié)流孔板流量計(jì)算式為：Q=μ×πd2/4√2P/ρ，式中：Q為流體流經(jīng)節(jié)流孔流量；μ為流量系數(shù)；d為節(jié)流孔大小；P為節(jié)流孔前后壓差；ρ為抗燃油密度，1.2kg/L。

正常運(yùn)行工況下，節(jié)流孔流量需滿足油動(dòng)機(jī)大于5L/min的泄漏量且前后壓強(qiáng)損失不大于1bar.g；GRE/GSE控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)總泄漏量為50L/min，為保證瞬態(tài)過(guò)程CVP卡開(kāi)情況下不聯(lián)起GFR備用油泵，選取節(jié)流孔在120bar.g工作壓差下最大流量不能超過(guò)50L/min；考慮機(jī)組快速μ調(diào)節(jié)過(guò)程節(jié)流孔流量需滿足20L/min流量情況下，節(jié)流孔前后壓強(qiáng)損失不大于10bar.g。

分別計(jì)算節(jié)流孔孔徑為3.23.54.0mm，節(jié)流孔前后壓差為120/10/1bar.g，流量系數(shù)為0.6/0.7/0.8流量，結(jié)果如表1所示，由表中可以得出，3.2孔徑節(jié)流孔滿足正常運(yùn)行工況下及瞬態(tài)工況下流量需求。

表1 不同流量系數(shù)與流量關(guān)系

1.1.2 節(jié)流孔厚度計(jì)算

1.1.3 節(jié)流孔安裝位置選擇

孔板安裝前后直管段要求為：現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)保證節(jié)流孔上游直管長(zhǎng)度≥10倍管徑，節(jié)流孔下游直管長(zhǎng)度≥4倍管徑。為滿足此要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，需在逆止閥（如圖1中1410VH）上游的管道（DN25，DN為公稱(chēng)直徑）進(jìn)行安裝，需焊接法蘭加裝節(jié)流孔板，節(jié)流孔板初始設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 節(jié)流孔初始設(shè)計(jì)

為不增加系統(tǒng)漏點(diǎn)、節(jié)約工期，可將節(jié)流孔板安裝在逆止閥1410VH法蘭上，但不滿足節(jié)流孔安裝前后直管段要求，通過(guò)仿真模型得出，在逆止閥后法蘭安裝節(jié)流孔板會(huì)在孔板后緣形成負(fù)壓區(qū)，需根據(jù)實(shí)際情況避免氣蝕風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)逆止閥動(dòng)力特性影響較小，可直接將節(jié)流孔板加工在逆止閥后法蘭上，如圖2中1416DI所示。

圖2 節(jié)流孔最終安裝位置

1.2 蓄能器能力核算

蓄能器內(nèi)氣體壓縮與膨脹過(guò)程遵循氣體狀態(tài)多變規(guī)律：P.Vγ=constant，蓄能器介質(zhì)為氮?dú)猓^熱系數(shù)γ=1.4；為避免皮囊不在每次膨脹過(guò)程中撞擊閥門(mén)，選取聯(lián)起備用泵的系統(tǒng)壓力101bar.a作為蓄能器最低工作壓力P1=101bar.a，在達(dá)到最低工作壓力時(shí)皮囊公稱(chēng)容量為90%，即V1/V0=0.9，對(duì)應(yīng)的預(yù)充壓力P0=P1.(V1/V0)γ=101.(0.9)1.4=87.14bar.a。

GRE高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)容積為8L，高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)需要4L油來(lái)達(dá)到50%開(kāi)度（對(duì)應(yīng)汽機(jī)功率90%），對(duì)于中壓調(diào)節(jié)閥4L油來(lái)達(dá)到100%開(kāi)度為設(shè)計(jì)輸入進(jìn)行核算。

V0=ΔV/((P0/P1)1/γ-(P0/P2)1/γ)=ΔV/(0.9.(1-(P1/P2)1/γ))=4/(0.9.(1-(101/121)1/1.4))=36.70L，式 中：P0為蓄能器預(yù)充壓力；P1為蓄能器最低工作壓力，GFR備用泵聯(lián)起壓力101bar.a；P2為蓄能器最大工作壓力，GFR工作壓力為121bar.a。高壓調(diào)閥開(kāi)至50%開(kāi)度需要蓄能器為36.70L，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的蓄能器為50L，實(shí)際上可使高壓油動(dòng)機(jī)開(kāi)至80%（汽機(jī)滿功率），中壓調(diào)閥開(kāi)至100%。

因節(jié)流孔在蓄能器上游，當(dāng)高壓調(diào)閥需要快速開(kāi)啟時(shí)，蓄能器可為高中壓調(diào)閥提供足夠容積抗燃油使得高壓調(diào)閥快速開(kāi)啟至80%開(kāi)度（滿功率），而不受節(jié)流孔的影響。

2 再鑒定試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)方案

為驗(yàn)證增加節(jié)流孔后對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)性能是否產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)4組試驗(yàn)方案進(jìn)行模擬仿真，具體試驗(yàn)方案及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 試驗(yàn)方案

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)再鑒定試驗(yàn)驗(yàn)證，GRE高中壓調(diào)門(mén)進(jìn)油逆止閥下游加3.5mm孔板不影響汽輪機(jī)調(diào)節(jié)功能。閥門(mén)單體快開(kāi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 單體快開(kāi)試驗(yàn)結(jié)果

模擬短電網(wǎng)，GRE閥門(mén)在100%功率平臺(tái)時(shí)8個(gè)調(diào)閥快速關(guān)閉然后一起快開(kāi)，快開(kāi)時(shí)間結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 短電網(wǎng)故障模擬試驗(yàn)結(jié)果

將汽機(jī)GRE調(diào)閥置于100%功率平臺(tái)閥位，GFR泵一運(yùn)行、一備用，通過(guò)給試驗(yàn)電磁閥通電，模擬EVS/CVS/EVS卡澀時(shí)大量排油試驗(yàn)，結(jié)果表明，孔徑為3.0mm孔板，GFR母管油壓無(wú)明顯下降，未聯(lián)啟備用泵；孔徑為3.2、3.5mm孔板，GFR母管油壓從116.9bar下降到114.8bar，備用泵未聯(lián)啟；孔徑為4.0mm孔板，GFR母管油壓下降至110bar以下，備用泵聯(lián)啟。

將汽GRE調(diào)閥置于100%功率平臺(tái)閥位，進(jìn)行切GFR泵試驗(yàn)，GRE、GSE閥位無(wú)明顯變化，GFR母管油壓無(wú)明顯變化；正常開(kāi)啟試驗(yàn)、階躍試驗(yàn)、快關(guān)試驗(yàn)，曲線無(wú)異常變化；試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查GFR供油逆止閥處無(wú)振動(dòng)與異響。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥比例閥進(jìn)油量過(guò)大缺陷，本文避開(kāi)通過(guò)擴(kuò)容GFR供油泵這一改造難度大、時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高、可行性差的方案，創(chuàng)新提出通過(guò)在蓄能器上游加裝節(jié)流孔板限制GRE閥門(mén)的最大供油量而且又不影響閥門(mén)快開(kāi)響應(yīng)的改造方案，創(chuàng)新在GFR供油逆止閥法蘭進(jìn)行改動(dòng)加裝3.5mm孔板，進(jìn)行了大量的論證計(jì)算，包括孔板的流通計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算，蓄能器能力核算，逆止閥法蘭變孔板的模擬仿真計(jì)算等，并制定嚴(yán)密的驗(yàn)證試驗(yàn)方案，利用此方案以很小的投入在短時(shí)間內(nèi)落地，成功地解決了這一缺陷，有效地避免了機(jī)組瞬態(tài)工況下（甩空載、甩負(fù)荷、短電網(wǎng)故障、閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)）EVS/CVS/CVP出現(xiàn)卡澀時(shí)引起GFR母管失壓所造成的跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。