25MW汽輪機調速汽門波動原因分析

姜愛群

1.故障現象

C25-9.31/0.98型汽輪機，武漢汽輪電機廠制造，2000年建成投產，該型汽輪機調速汽門具有提升力小和穩定性好兩大優點，圖1是調速汽門結構示意圖。

調速汽門故障主要表現為閥桿上端接頭處嚴重磨損及脫落；調速汽門振動；在2號調速汽閥小開度情況下，機組負荷擺動大。閥桿接頭處的嚴重磨損及脫落，往往導致調速汽門空行程增加，使調門滯后打開，影響機組的調節性能。調速汽門振動，輕者可能引起油動機、蒸汽管道振動，嚴重時導致調門上連桿及導汽管疏水管焊縫疲勞斷裂。

2.原因分析

（1）調速系統預啟閥的作用是在調速汽門開啟時，減少門前、門后的壓力差，從而減少調速汽門在開啟時的提升力。C25-9.31/0.98汽輪機的四個調速汽門均采用帶預啟閥的結構，但是由于預啟閥不嚴而往往造成機組在定速過程中轉速發生波動，因為機組在定速時主要是開啟1號調速汽門，若預啟閥不嚴，則在定速時不僅1號調速汽門進汽，其他調速汽門也進汽，這樣將使機組轉速無法穩定。隨著機組運行年限的不斷增加，由于高溫蒸汽流沖刷、頻繁打閘，使得調速汽門閥芯與閥座上出現不同程度的氧化皮及小點坑等，而調速汽門是靠閥芯與閥座相接觸的圓形寬帶（即型線）來密封的，因此若這些缺陷出現于閥芯與閥座的型線處，則會造成調速汽門的漏汽現象，從而使機組轉速無法穩定。

（2）由于帶預啟閥結構的調速汽門在剛開啟時，預啟閥先開。借助預啟閥的開啟，使調門前后壓差減小，從而減小主閥的提升力。然而預啟閥的存在，不可避免地造成了閥碟與閥桿的分離，使閥碟懸浮于蒸汽流中，極易產生上下振動。另一方面，預啟閥在小開度情況下，閥內蒸汽流場很不穩定，直接導致了閥碟的振動，同時還可能誘發閥桿的振動。閥碟的上下振動，還直接導致了閥桿上端接頭處的磨損。從振動角度分析，在調速汽門的全行程中，會出現兩個振動高峰區，它們是兩種不同類型的振動：一是調門開度小、進出口壓差大時產生的高頻自激振動，它具有固定的頻率和穩定的周期波形，并伴有高噪聲；二是調門開度較大、進出口壓差較小時產生的低頻強迫振動，它由閥碟底部的不穩定擾動蒸汽流引起，是一種不規則的隨機振動。動力部25MW汽輪機2號調速汽門小開度情況下振動，就屬于前一種類型，是大卸載調門在小開度時，閥碟自身產生的高頻自激振動現象。調速汽門卸載偏大、閥內蒸汽流場不穩定是造成2號調門小開度時振動的主要原因。

（3）在理想情況下，希望配汽機構的特性（流量與閥門升程的關系或功率與升程的關系）為一直線,但實際上卻有一定的差別，差別的程度不僅同每一調速汽門的特性有關，而且還和相鄰的兩個調門的重疊度有關，調門重疊度過大或過小甚至存在空行程都對調速系統的穩定性有很大影響。重疊度過大，相當于在某段負荷內，同時有兩個調速汽門都在有效地控制流量，因而在這段負荷內，油動機行程或調速汽門行程不大的變化，便引起較大的功率變化，因而極易引起調速系統擺動。重疊度過大引起調速汽門擺動的特點是具有明顯的定點性，即擺動都發生在相鄰的兩個調速汽門交接處所對應的負荷，超過這一負荷，便能重新趨向穩定。重疊度過小甚至存在空行程,則較小的功率變化便對應著很大的調速汽門升程改變量，在極端情況下，配汽機構特性在此范圍內是呈水平狀，說明在此負荷下所對應的調速汽門升程是不定的，這時即使沒有負荷變化，油動機卻在上下擺動，但擺動速度往往是比較緩慢的，重疊度太小還使油動機的工作行程增大，因而減少了油動機的富裕行程。

3.措施

（1）調速汽門型線不良通常表現為汽機空負荷時調速系統的擺動，為確保調速汽門閥芯與閥座接觸型線的嚴密性，修理時必須認真做好調門閥芯及閥座上的高溫氧化皮的清理，并對調速汽門主閥進行預裝研磨。由于動力部25MW汽輪機1、2號調速汽門預啟閥閥桿上端接頭處絲扣均損壞，于是更換閥桿及閥座，重新配制閥桿細牙鎖母。

（2）要解決2號調速汽門小開度時的振動問題，從結構角度講，在于改善閥內蒸汽流場，并改小調門的卸載能力，使調門本身始終受到一個向下、適中的不平衡蒸汽力，處在穩定的蒸汽流場中，以避免閥碟上下浮動。可減小調速汽門預啟閥行程，減小閥碟浮動程度，增強閥碟穩定性或者減小調速汽門閥桿直徑，增加蒸汽平衡力。經武汽廠專家理論計算，將2號調速汽門閥桿直徑減小0.3mm。

（3）調速汽門重疊度不宜過大也不能太小，所以應有一個合適的范圍。經驗表明，在前一個調速汽門開啟到其門后的壓力為門前壓力的85%～90%時，后一個調速汽門即開啟為最合理。由于25MW汽輪機在2號調速汽門小開度情況下，機組負荷擺動大，可以判斷是1號調門與2號調門重疊度過大引起的調速汽門擺動。于是將1、2號調門對應的配汽機構凸輪進行清理與位置調整，適當減小1、2號調門的重疊度。

4.結束語

造成汽輪機調速汽門波動的原因很多，尤其是調門閥桿上端接頭處嚴重磨損及脫落現象，在汽輪機組運行中時有發生，這個問題應引起各方面的重視，否則將嚴重危及機組的安全運行。調速汽門修理時，應嚴格執行檢修工藝，部分問題應與制造廠家進行溝通，保證修理質量。

W13.04-13