给水泵汽轮机速关阀阀位波动分析与处理

严祥烨

（浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江 乐清 325609）

0 引言

大型发电厂广泛采用小汽轮机驱动锅炉给水泵，小汽轮机的安全稳定运行至关重要。本文介绍了浙能乐清发电有限责任公司某台660MW超超临界机组C修后启机，给水泵汽轮机转入正常运行，在速关油、启动油、试验油压力正常稳定状况下，速关阀阀位出现随其进汽参数变化而波动的异常情况，通过分析、排查、判断，利用机组调停机会，更换速关阀油动机密封件，消除了隐患。

1 设备及故障概况

1.1 设备概况

浙能乐清发电有限责任公司660MW超超临界机组配备两台50% BMCR容量的NK63/71/0型给水泵汽轮机（简称小机），为单缸、轴流、反动凝汽式汽轮机。小机汽源两路，低压汽源为辅汽及主机四级抽汽，高压汽源为再热冷段蒸汽，额定进汽参数1.18MPa/381℃[1]。速关阀与汽缸法兰连接，水平安装于进汽室侧面，其作用是在尽可能短的时间内切断进入汽轮机的蒸汽[2]。正常运行时速关阀处于全开位置，由MEH控制调节汽阀（管道调节阀）开度实现小机转速响应。

1.2 故障情况

3#机组C修后开机转入正常运行，3A小机速关阀出现阀位波动，幅值约5%，大值约98.5%，小值约93.8%。其速关油压0.92MPa、调节油压0.96MPa、启动油压0MPa均正常，其他相关参数亦正常。该小机速关阀油动机C修期间解体检修，更换密封件。

3A速关阀阀位随机组负荷增加，小机进汽量、压力上升，在某个临界点附近，阀位趋于缓慢下行，至93.8%左右稳定，不再随小机进汽参数增加而下行；反之，速关阀阀位随机组负荷减小，小机进汽量、压力下降，在某个临界点附近，阀位趋于缓慢上行，至98.5%左右稳定，不再随小机进汽参数减小而上行。如图1，在一定的负荷区间，速关阀阀位与小机进汽参数（主机负荷）有明显的相关性，阀位存在约5%的波动。现场检查阀杆有3-4mm位移。

图1 机组负荷—速关阀阀位

2 速关阀故障分析

2.1 速关阀的结构及工作原理

速关阀主要由阀门本体和油动机两部分组成，见图2。新蒸汽经蒸汽滤网流向阀碟，该阀碟装有一卸荷阀碟，以减少速关阀开启时的提升力。速关阀由调节油控制，通过液压组合件和油动机共同来完成开启过程。油动机主要由缸体、活塞、活塞盘、弹簧、试验活塞、弹簧座等组成。先建立的启动油经接口F到活塞（14）右侧，使活塞克服弹簧（12）力并将其压向活塞盘（15），使活塞盘与活塞形成密封并成为整体[3]，而后由液压组合件来的速关油经接口E进入活塞盘左侧，速关油压力克服弹簧力将活塞盘和活塞一起推到试验活塞（17）的终点位置[4]，阀杆右端与活塞盘连接，速关阀随活塞盘的移动而开启；此时，活塞右侧的空间经回油接口T和液压组合件中的回油口相通。在手动紧急停机阀或紧急停机电磁阀动作时，速关阀油动机活塞盘左侧的速关油压急剧下降，弹簧力迅速推动活塞盘、阀杆、阀碟关闭。活塞盘左侧残留的部分速关油流入活塞和弹簧空间并经回油口T排出。

图2 速关阀

速关组合件是小机保安和控制系统的集合，能实现小机正常启停机、电动与手动紧急停机、速关阀的启闭[5]。主要由停机电磁阀2222、2223，速关油电磁阀1842、启动油电磁阀1843，试验电磁阀2309，手动停机阀2250，溢流阀1853以及插装阀Gg16、Gg40组成，见图3。

图3 速关组合件

挂闸时，速关油电磁阀1842、启动油电磁阀1843同时得电，时间继电器开始计时，电磁阀1842的A口与T口导通，P口与B口导通，Gg16插装阀关闭，E1与E2通道切断；同时，电磁阀1843的P口与B口导通，建立开关油M和启动油F。开关油M使危急保安器的滑阀处于工作位置，压力油从接口P经节流孔板进入危急保安器，其中的速关油回油被切断，而使速关油流入速关组合件[3]。延时15秒，电磁阀1842失电复位，E1与E2导通建立速关油进入速关阀，此时速关油E和启动油F分别处于速关阀油动机活塞两侧，依靠溢流阀1853的限压作用，使速关油压E高于启动油压F约0.05MPa，启动油缓慢卸掉，活塞与活塞盘整体在速关油的压力作用下推动速关阀缓慢开启[6]。60秒后，启动油电磁阀失电复位，启动油与回油T口连通，速关阀全开[7]。

当任一跳闸信号触发小机保安系统或手动打闸时，都会使速关油急剧泄压至零，弹簧力迅速关闭速关阀。

2.2 故障原因分析

2.2.1 热控方面

（1）测量回路信号干扰，干扰信号串入速关阀位反馈回路。

（2）速关阀线性位移差动变送器（LVDT）故障。

（3）MEH速关阀相关的卡件或其他部件故障。

2.2.2 机务方面

（1）速关阀阀位反馈机械连接件松脱，在有振动源的情况下，连接件的往复性位移。

（2）调节油系统少量的泄漏，致速关油压可见的或未见的下降。

液压系统的泄漏，是指介质油液由于某种不被希望发生的原因越过了边界，从一个空间进入另一个空间的现象[8]。泄漏分为外漏和内漏。外漏是指油液漏到了系统外面，内漏是指液压元器件内部油液的泄漏。油质劣化时，油中杂质颗粒附着于调节油系统及危急保安装置的滑阀、插装阀、电磁阀、单向阀等部件，造成卡涩、不到位，形成内漏；上述阀门及油动机等部件的密封件冲刷、磨损、老化，亦会造成内漏。微量的外漏或内漏，造成速关油压可见的或未见的下降，最终都会使其作用于速关阀油动机活塞上的压力降低，推力减小。

图2可见，速关阀上主要有顺蒸汽汽流方向作用在阀碟上的压力F，油动机活塞盘上的弹簧力f，速关油作用于油动机活塞盘的压力F′；f是恒定的，F′在速关油漏流量稳定情况下也视为不变。正常工作时，速关阀全开，F+f≤F′。当速关油泄漏量小于进入危急保安装置P口节流孔板的油量时，微量的压降，虽然可能不为监测的速关油压所反映，但F′会小于原值。进入流关型速关阀的蒸汽流量、压力等参数增至某一临界点时，顺蒸汽汽流方向作用在速关阀阀碟上的压力F和活塞盘上弹簧力f之负向合力大于速关油作用于油动机活塞盘的正向压力F′时（F+f>F′），速关阀趋向关小，直至平衡（F+f=F′）而稳定于某个阀位；反之，速关阀趋向开大，直至平衡。如此，速关阀阀位随其进汽参数变化而有限波动。

速关阀油动机E、T油口，T、F油口间装有两道开口轴用密封，聚四氟乙烯材质，规格D220×240.7×8.1，主要起定位、导向、密封活塞作用，装配中轴用密封可有弧长约0-5mm的开口。若这两道轴用密封开口未控制好，间隙偏大，密封效果下降，速关油经T回油口的泄漏量会增加，以E、T油口间这道密封影响更大。由于这个开口截面泄漏量是恒定的，也使得运行中速关阀阀位规律的波动有着良好的重现性。

3 故障处理过程

3.1 检查排摸

（1）热控检测MEH及3A速关阀测量回路信号、硬件等，未见异常；

（2）检查速3A速关阀关阀阀位反馈机械连接件无松动；

（3）油质化验合格；检查调节油系统无外漏；点温计测量速关组合件模块各个电磁阀、危急保安器阀体温度正常；点温计测量速关阀上4根、危急保安器上3根进回油管远端温度（减少汽缸等高温热源影响）未见明显异常；鉴于3A小机静态试验时挂闸、打闸正常，各相关油压正常，基本排除上述各阀门存在明显泄漏，不排除存在微量的泄漏。

（4）运行时无较好的检测速关阀轴用密封开口间隙方法，结合C修更换过该轴用密封及故障分析，基本判断该E、T油口间轴用密封开口间隙偏大。

3.2 运行处理

速关油泄漏量可控，阀位波动轻微有限，加强监视为主，同时将速关阀松动试验关小20%定值改至10%，减少扰动。

3.3 检修处理

机组调停机会，解体检查3A速关阀，测量E、T，T、F油口间轴用密封开口间隙弧长分别为约20mm、5 mm，遂更换备件，控制间隙弧长不大于5mm。恢复运行后速关阀阀位无波动，故障消除。

4 结论

速关阀油动机轴用密封开口间隙偏大是乐清发电公司NK63/71/0型给水泵汽轮机速关阀阀位波动的根本原因。通过故障分析诊断，找出了故障点，评估了风险，避免了不必要的出系检修，在合适的时机检修消除了隐患。同时制订了防范措施，增加了修后速关阀油动机轴用密封开口间隙验收标准。期望上述分析及处理能对类似机组的故障分析和应对有所借鉴。