小汽轮机速关-调节阀故障原因分析及解决措施

尹文星

（湖南湘化机汽轮机有限公司，株洲 412300）

现阶段，小汽轮机主要服务于大型机械设备，如化工设备、电力设备、石油设备，同时小汽轮机可以长期保持良好的运行状态。但是，随着现代社会需求的逐渐上升，生产量已无法与社会需求量保持平衡，导致大型机械机组超负荷运转，小汽轮机出现调节阀运动件偏心、零部件单边快速磨损等现象，发生不可逆转的故障，造成经济损失。基于此，小汽轮机应对速关-调节器进行技术改造，有效解决相关问题。

1 速关-调节阀的工作原理和结构特征

就当前工业机器的内部结构来看，大型工业汽轮机入口蒸汽管道的建设常常会使用速关阀和调节阀，两种阀门在整个机组中不可忽略，承担不同的作用，两阀门通常独立配置。其中，速关阀又被称为快关阀、跳闸阀或紧急切断阀，其在小汽轮机运转中的主要作用是：在汽轮机跳闸时，及时切断汽轮机的进口蒸汽，阻止蒸汽进入，保护机组[1]。此外，在小汽轮机运行的过程中，速关阀与机组的跳闸机构、超速连锁保护装置息息相关。而调节阀被称作节流阀、调速阀，在小汽轮机中的主要作用是：调节进入机组的蒸汽流量，进而达到控制汽轮机转速、负荷的目标。

当前，对于大型工业生产中应用的小汽轮机来说，速关阀与调节阀建立在同一个阀座上，成为二合一的连体阀。在整体结构中，该阀被称为跳闸-节流阀，也被称为速关-调节阀、速关-节流阀。速关-调节阀具有两种阀门的功能与特征，在机组整体运作中还能对蒸汽进出汽轮机的速度和流量进行控制，在阀门打开时引入蒸汽。小汽轮机中调节阀工作的主要目标是：对机械设备中物质输出进行控制，其间主要通过woodward505调速器对调速信息进行有效收发，利用阀门定位器给予气动缸活塞动力，以动力为基础带动汽动缸活塞中的调节阀阀芯运作。此外，阀芯开启的大小决定蒸汽量的大小，影响汽轮机转速的控制成效[2]。

2 小汽轮机速关-调节阀故障的原因分析

本文以1N140汽轮机速关-调节器为例，展开故障因素分析。在1N140汽轮机结构中，调节阀呈水平方向，即调节机构、气动缸、调节阀阀芯和阀杆等都横向放置。但是，在整个结构中，横向放置极易造成零部件重心的偏移，同时在机组整体运行时，调节阀的阀芯作用力较大，偏移和频繁的动作将会导致阀门定位器中的O型环与调节阀阀芯等零部件出现单边磨损。在实际应用中，调节阀与1N140汽轮机的入口无法完全契合，进行直接连接。同时，调节阀的一部分距离机头较近，那里的环境温度偏高，最高可达80℃。在此环境下，气动缸的活塞橡胶密封环和阀门定位器中的O型环等橡胶制品部件极易老化[3]。基于此，1N140汽轮机运行中会出现精度差大、速度波动大、运行不稳定等现象，严重时就会引发机组非计划停车事故。

3 小汽轮机速关-调节阀故障的解决措施

3.1 改良思路

当前，设计小汽轮机速关-调节器时，针对调节阀运行故障，人们可以调整速关-调节阀安装位置，即将调节阀部分位置调节成竖直方向再进行安装。简单地说，在安装中将速关-调节阀顺时针旋转90°。试验结果表明，将速关-调节阀旋转90°，能促进速关阀手柄与汽轮机壳体进行接触，进而提升阀门的安装位置[4]。同时，考虑到汽轮机揭盖检修、整体操作的便捷性与美观性，阀门整体设计时将安装位置向上移动1.2m，从汽轮机整体来看，阀门与蒸汽管道的位置基本持平。而改造后的速关-调节器的调节阀气动缸向上安置，阀芯与阀杆、汽缸活塞的方向由水平转变为竖直方向，从而避免O型环与阀杆、阀芯零部件单边快速磨损。此外，阀门位置上移能有效改善调节阀的环境，解决橡胶件老化问题。

3.2 评估风险

速关-调节阀会产生移位现象，这对于调节阀来说具有重要意义。在产生速关-调节阀位移时，人们需要明确以下三点：一是汽轮机出厂前速关-调节阀与1N140汽轮机入口的连接方式；二是详细审核计算，改造是否会增强管道应力；三是水平安装的速关阀是否会出现偏心和单边磨损现象。与其他类型的大型汽轮机相比，速关-调节阀与1N140汽轮机入口的连接对机组影响不大，同时速关-调节器的前部位移1200mm对汽轮机的运行效率无实际影响，但是位移会使机组在整体布置上不够紧凑。此外，为保证机组的整体安全性，管道设计时需要增加一个低排阀，低排阀在机组运行中能有效减小水锤现象。之后，改造中需要及时验证风险，确认机组的速关-调节阀的状态，减少零部件磨损，在紧急状况下帮助阀门恢复全关状态，水平安装对其影响可忽略。

4 结语

在速关-调节阀的设计改造中，调节阀在水平安装位置可能发生非计划停车事故。人们需要根据事故发生的实际数据，在分析的基础上对速关-调节阀进行整体改造。调节阀可以由水平安装转换成竖直安装，从而大幅度减少阀芯偏移和单边磨损。此外，人们可以采用多种科学设计方法，提升阀门运行的稳定性和可靠性。