引言

某電廠共有四臺上海汽輪機廠生產的型號為N300-16.7/538/538的汽輪機,每臺機有高壓主汽門、中壓主汽門、中壓調門各兩個,高壓調門六個。為避免汽門長期在開啟狀態(tài)下發(fā)生卡澀,導致事故情況下無法關閉,危及機組安全,汽輪機各汽門每月做一次全行程活動試驗。該電廠汽輪機中壓主汽門無法打開主要發(fā)生于#2機右側和#3機右側,#2機發(fā)生在閥門活動試驗時,#3機發(fā)生在機組啟動掛閘和閥門活動試驗時。每次打不開的原因不盡相同,現就中壓主汽門打不開原因進行剖析,并提出相應處理措施。

1中壓主汽門結構

中壓主汽門結構如圖1所示。中壓主汽門是翻板式汽閥,與翻板式逆止門結構相似,閥瓣是圓形翻板,由搖臂懸掛于轉動的門軸上,搖臂與門軸通過一個花鍵相連,門軸是可移動的。門軸傳動端從閥座中伸出,再用搖臂經連桿與油動機活塞桿相連。中壓主汽門的油動機安裝在彈簧箱上,靠油動機的推力開門,靠彈簧力和閥瓣自重關門。開門時,油動機充油,克服阻力向上移動,轉動門軸,經搖臂帶動閥瓣轉動90°,使閥門處于全開狀態(tài),此時閥瓣與流動方向平行:反之,油動機泄油后,活塞向下移動,閥瓣轉動90°,閥瓣與流動方向垂直,閥門處于全關狀態(tài)。

中壓主汽門非傳動端門軸漏汽經蒸汽泄放閥與凝汽器相連,蒸汽泄放閥動力油與中壓主汽門油動機動力油經一隔絕門相連。動力油作用下,中壓主汽門開啟,蒸汽泄放閥關閉,門軸非傳動端漏汽在此端腔室內不斷積聚,直到全壓,而傳動端軸處支架,在壓力差作用下,門軸被推向傳動端,球面密封環(huán)與軸套的軸向間隙消失,避免外漏。反之,中壓主汽門關閉,蒸汽泄放閥開啟,門軸非傳動端腔室變成真空,而傳動端端面仍為大氣壓力,此壓差作用在軸上,將門軸向非傳動端推,球面密封環(huán)與軸套的軸向間隙恢復,門軸可自由轉動。

中壓主汽門的底部,在閥瓣前后各開有一個平衡孔,兩個平衡孔經閥體外的平衡門相連,如圖2所示,開啟平衡門,可以平衡由閥瓣和搖臂組成的搖板前后壓差,消除前后壓差產生的開門阻力。

2中壓主汽門打不開的主要原因

打開門的條件:開門動力>開門阻力。

開門動力:液壓油作用在油動機活塞上的推力,該推力與油動機活塞下腔室壓力成正比。

開門阻力:彈簧的壓力+搖板前后壓差作用在閥瓣及其搖臂上的推力+中壓主汽門門軸轉動阻力+其他阻力。

彈簧箱內的彈簧壓力是基本不變的,即使彈簧老化壓力也只會變小,不會變大。搖板前后壓差作用在閥瓣及其搖臂上的推力由搖板前后壓差引起,與壓差成正比。所以,中壓主汽門打不開主要有下列原因:(1)油動機油壓不足:(2)搖板前后壓差大:(3)門軸密封環(huán)與軸套摩擦:(4)其他開門阻力大。

2.1油動機油壓不足

油動機的推力與油壓成正比,油壓的高低取決于活塞下腔室供油量和出油量的平衡,供油變少或出油變多,都可能造成油壓偏低,推力變小。中壓主汽門動力油路如圖3所示。由圖3可見,可能引起油壓不足的原因有:(1)進油隔絕閥未全開或進油節(jié)流孔板堵塞:(2)油動機活塞磨損漏油:(3)杯狀滑閥底部有污物,造成杯狀滑閥未完全關嚴:(4)卸載閥的針閥未全關或有漏油:(5)試驗電磁閥內漏。

圖3動力油示意圖

2.2搖板前后壓差大

中壓主汽門閥瓣前是再熱汽,閥瓣后蒸汽由平衡閥引自閥瓣前,壓力取決于閥瓣后空間的供汽量和出汽量的平衡,供汽變少或出汽變多均可能會造成前后壓差大?？赡芤饟u板前后壓差大的原因有:(1)平衡門未開:(2)平衡門閥芯脫落:(3)平衡門開度不足:(4)中壓調門處于開啟狀態(tài):(5)中壓調門內漏。

2.3球面密封環(huán)與軸套摩擦

中壓主汽門門軸軸向摩擦力來自球面密封環(huán)與軸套之間。中壓主汽門關閉后門軸向非傳動端移動,密封環(huán)與軸套間隙恢復,摩擦力消除。密封環(huán)與軸套間隙恢復的動力,源自大氣與凝汽器的壓力差作用在門軸軸向端面上的力。密封環(huán)與軸套間隙未恢復有下列可能原因:(1)蒸汽泄放閥供油隔絕門未全開,泄油慢:(2)蒸汽泄放閥油動機卡澀或彈簧老化:(3)蒸汽泄放閥卡澀:(4)蒸汽泄放閥后管道堵塞:(5)門軸卡澀。

2.4其他原因

(1)彈簧箱變形,造成彈簧卡澀。

(2)因異物等原因連桿卡澀。

3防止打不開措施

為降低打不開頻次,需規(guī)范平衡門操作。為便于中壓主汽門關閉后打不開時準確分析原因,需關注蒸汽泄放閥動作情況,建好門軸伸出量臺賬。為縮短中壓主汽門關閉后打不開的處理時間,應備好工具。

3.1規(guī)范平衡門狀態(tài)

平衡門的作用是消除閥瓣前后的壓力差,所以汽機掛閘前和閥門活動試驗前應先將平衡門全開。做中壓主汽門嚴密性試驗前應確認平衡門關閉,試驗結束,開啟中壓主汽門前應先開啟平衡門。為避免平衡門對中壓主汽門的旁路作用危及機組安全,中壓主汽門開啟后,應及時關閉平衡門。

3.2觀察蒸汽泄放閥開關狀態(tài)

蒸汽泄放閥的狀態(tài)直接影響門軸能否恢復自由狀

態(tài)。汽機掛閘前應確認蒸汽泄放閥狀態(tài)指示處于"開"位,開中壓主汽門前應先向現場人員說明觀察蒸汽泄放閥狀態(tài)的重要性,關閉前再提醒現場人員到達最佳觀察位置,待現場人員到位后再關閉。

中壓主汽門開啟后,應檢查確認蒸汽泄放閥關閉,以免門軸漏汽直排凝汽器,影響經濟性。

3.3建好門軸伸出量臺賬

每個中壓主汽門門軸伸出的量均有偏差,即使是同一中壓主汽門,每次解體裝復后也有差別。為判斷中壓主汽門打不開是否是因為球面密封環(huán)與軸套摩擦,需建立門軸伸出量臺賬,幫助中壓主汽門打不開時進行分析。

3.4備好中壓主汽門打不開處理工具

為了縮短中壓主汽門關閉后打不開的處理時間,需備一拉馬和液壓千斤頂。

中壓主汽門打不開時若發(fā)現門軸未恢復自由狀態(tài),可將拉馬的爪腳伸入支架孔內,抓住支架內側,絲桿則頂在門軸中心,再用扳手緩慢轉動絲桿,推門軸使球面密封環(huán)與軸套的軸向間隙恢復。

中壓主汽門打不開時,排除平衡門、蒸汽泄放閥、試驗電磁閥、卸載閥等可能后,只得借助外力將其打開。處理時,先由熱工將中壓主汽門置于"關"位;然后拆除開度反饋桿,在連接桿上焊上一截強度足夠的長鐵棒;再將液壓千斤頂置于中壓主汽門彈簧箱上端和鐵棒之間;DEH發(fā)出開門指令后,手搖千斤頂加壓,強制開啟中壓主汽門。

3.5制訂打不開的處理步驟

機組運行時中壓主汽門打不開,可按以下步驟檢查,如有異常則處理正常后再進行下一步:(1)確認本側中壓調門關閉;(2)確認平衡門已全開;(3)確認進油隔離閥已全開;(4)再次關閉未打開中壓主汽門,確認蒸汽泄放閥開啟;(5)關閉蒸汽泄放閥進油門;(6)測量門軸伸出量,確認門軸已恢復自由狀態(tài),否則用拉馬使其恢復至自由位置,試開中壓主汽門;(7)更換試驗電磁閥后,試開;(8)更換卸載閥后,試開;(9)利用助推工具強制開啟。

4中壓主汽門打不開處理案例

4.1機組沖轉掛閘時打不開

某廠4臺汽輪機DEH掛閘邏輯都是掛閘后中壓主汽門自動開啟,隨后開啟中壓調門。

2021年9月下旬,#3機啟動,掛閘后右側中壓主汽門打不開,另一側正常。就地檢查平衡門全開,蒸汽泄放閥開關正常。熱工人員告開機前試各汽門均動作正常,復查DEH邏輯亦正常。機組打閘,查右側蒸汽泄放閥開啟,關閉右側蒸汽泄放閥進油門,重新掛閘,左側正常,右側仍然打不開。維持右側蒸汽泄放閥進油門關閉,降低真空到85kPa,重新試掛閘,右側中壓主汽門還是無法打開。再次打閘,重新投入低旁約10min,退出旁路系統(tǒng)后,立即掛閘,右側中壓主汽門打開。

綜上所述,#3機掛閘后中壓主汽門打不開是閥瓣前后壓差造成的。

4.2#2機右側中壓主汽門打不開

2020年7月,#2機閥門活動試驗時,右側中壓主汽門打不開。試驗時現場檢查人員報告,右側中壓主汽門關閉時其蒸汽泄放閥未開啟。蒸汽泄放閥經設備維護人員調松盤根后開啟,隨后右側中壓主汽門亦自行開啟。

2020年8月活動試驗時正常,9月、10月活動試驗時,7月試驗時的問題再次出現,經同樣處理后打開。

2020年11月,#2機組C級檢修時解體右側蒸汽泄放閥,修后至今#2機各汽門均可正常開關。

由此可見,#2機右側中壓主汽門打不開是蒸汽泄放閥未開啟,中壓主汽門非傳動端腔室內的蒸汽壓力作用在門軸端面的軸向推力未消失,門軸未恢復到自由狀態(tài),球面密封環(huán)與軸套摩擦力大造成的。

4.3#3機中壓主汽門打不開

4.3.1打不開情況

該機2021年8月閥門活動試驗時,按規(guī)定先開啟平衡門,右側中壓主汽門關閉時現場檢查蒸汽泄放閥開啟正常,發(fā)出開中壓主汽門指令后,右側打不開,同側蒸汽泄放閥能關閉。DEH上檢查中壓調門關閉,現場進油隔離閥已全開。用點溫槍測蒸汽泄放閥后管道壁溫超過400℃,確認蒸汽泄放閥排汽正常。

現場測量門軸伸出量與試驗前相同。設備維護人員利用專用拉馬,將門軸向非傳動端推了約0.2mm,再次試驗仍未打開。蒸汽泄放閥雖已關閉,但蒸汽泄放閥關閉過程受到的阻力小,油路上無油壓表檢查油壓,不排除油壓低原因。熱工先后更換了電磁閥和卸載閥后,再次試驗仍未打開。最后由設備維護人員裝上備用助推工具,在液壓千斤頂助推下,#3機中壓主汽門終于打開。

該機隨后幾次閥門活動試驗,右側中壓主汽門也都是用液壓千斤頂助推打開。汽機技術監(jiān)督小組分析該機中壓主汽門打不開原因為中壓調門內漏。

該機組計劃于2022年3月中旬進行C級檢修,為了更加深入地分析中壓調門是否需要解體,2022年2月中旬#3機開機時,做了調門嚴密性試驗。試驗過程中,#3機轉速降到768r/min后不再下降,高于對應汽壓要求值598r/min,調門嚴密性試驗不合格,決定機組檢修時解體中壓調門。

4.3.2機組檢修時處理情況

為解決#3中壓主汽門在蒸汽泄放閥開啟后門軸不能恢復自由狀態(tài)和調門內漏問題,2022年3月機組C修時解體右側中壓主汽門和中壓調門。

解體右側中壓主汽門,發(fā)現門軸上有明顯氧化皮,測量門軸與軸套間隙最小值僅0.15mm,小于廠家標準0.28~0.35mm。分析門軸與軸套摩擦力偏大,導致運行中泄放閥開啟后,門軸未能被推向非傳動端。

測中壓調門工作行程正常,其油動機自由行程亦正常。吊出閥芯檢查發(fā)現閥座和閥芯密封面均有較多凹坑或麻點,用試紅丹的辦法,觀察中壓調門的閥座與閥芯的接觸情況,發(fā)現閥線不連續(xù),有部分斷點。對閥芯、閥座進行車削和研磨處理,再用試紅丹的辦法,觀察閥座與閥芯的接觸情況,直到密封線全周完全均勻接觸。復裝后,按照廠家圖紙要求,測量油動機的富裕行程符合要求,確保中調門閥芯能關閉到位。

4.3.3修后運行情況

#3機組修后于2022年4月下旬啟動:機組掛閘后,兩側中壓主汽門正常打開,調門嚴密性試驗合格:5月做閥門活動試驗時,各汽門動作正常。

結合運行及檢修情況綜合分析,造成#3機右側中壓主汽門打不開的主要原因有以下兩點:一是中壓調門內漏,經平衡門引到中壓主汽門后的蒸汽量不足以平衡閥瓣前后壓差:二是門軸結有氧化皮,蒸汽泄放閥開啟后,門軸仍不能恢復到自由狀態(tài),球面密封環(huán)與軸套摩擦。

4結語

中壓主汽門打不開的原因較多,當關閉后打不開時,應先確認平衡門已開啟:再根據蒸汽泄放閥動作情況、門軸伸出量排除門軸轉動摩擦力大的可能:接著通過更換試驗電磁閥、卸載閥等排除油壓不足的可能:至于調門內漏、門軸卡澀等因素只能暫時借助外力先強制將中壓主汽門開啟,待機組檢修時徹底檢查處理。