汽輪機遠方打閘主汽門關閉緩慢原因及處理

趙為民 耿 杰 常永超

作者通聯：烏魯木齊石化公司熱電廠 烏魯木齊市米東區830019

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一、主汽門遠方打閘后關閉緩慢的現象

CC50-8.83/4.02/1.27型汽輪發電機組的調節系統，于2001年10月改造為數字式電液調節系統，改造后每次開機，自動主汽門均不同程度地出現遠方打閘后關閉慢的現象。尤其是在2006年機組小修和2007年機組大修后，表現尤為突出。主要表現為遠方打閘后主汽門關閉緩慢，甚至關閉后又出現一定程度自開現象。通過觀察，AST母管存在殘壓，殘壓最高時可達4MPa。

2006年機組小修后做試驗發現自動主汽門遠方打閘后主汽門關閉緩慢，通過對AST電磁閥組（圖1）逐個試驗發現，當20-2、20-4閥組的任一閥油路敞開時，能完全泄去油壓，而當20-1、20-3閥組的任一閥油路敞開時，卻不能完全泄去油壓。通過各種組合、閥門換位及各種方式的遠方打閘試驗，發現故障存在一定的偶然性。聯系汽輪機廠，專家建議將AST集成塊至無壓回油管線改為兩根，且集成塊泄油路短接內徑由12mm擴為16mm，AST電磁閥動作后仍存在0.8～2MPa的殘壓。

圖1 電磁閥組

2007年機組大修后做遠方打閘停機試驗，同樣發生自動主汽門遠方掉閘緩慢、AST母管存在殘壓。在就地通過解脫滑閥打閘試驗中，自動主汽門均能迅速關閉，不存在掉閘慢的現象且AST母管不存在任何殘壓。為保證機組安全，決定將AST集成塊上4號電磁閥拆除換為絲堵，即油路敞開，以減小系統流體阻力。試驗多次，主汽門每次均能快速關閉到位。由于就地控制回路和遠方打閘控制回路不同，自動主汽門遠方掉閘速度慢的原因基本確定為AST電磁閥動作后殘壓高，油壓不能及時泄去所致。

二、危急保安系統基本概況

改造為數字電液調節系統后，超速保護系統中除布置有兩個并聯的超速保護電磁閥（OPC-1、2）外，保留的機械保安系統設置有兩只飛錘式危急遮斷器及危急遮斷器杠桿和滑閥，通過就地打閘或危急遮斷器的遮斷器杠桿，壓下危急遮斷器滑閥，泄掉薄膜閥上腔的保安油，使EH油系統通過薄膜閥泄壓停機。除此以外，在EH油系統中還布置有四個二“或”一“與”的（AST-1、2、3、4）停機電磁閥組件，用來接收各種保護停機信號，遮斷汽輪發電機組。

四個串并聯布置的AST電磁閥（直流220V的先導式電磁閥）是由DEH系統的自動停機保護部分所控制，正常運行時這四個AST電磁閥是失電關閉的，封閉了AST母管的泄油通道，使各主汽門和調節汽門執行機構活塞的下腔建立起油壓，當機組發生危急情況時，AST信號輸出，這四個電磁閥就帶電打開，使AST母管油液經無壓回油管路排至EH油箱。這樣主汽門執行機構和各調節閥門執行機構上的泄荷閥就快速打開，使主汽門、各調門及旋轉隔板快速關閉。

四個AST電磁閥布置成串并聯方式，目的是為了保證汽輪機運行的安全性，AST1和AST3、AST2和AST4每組并聯連接，然后兩組串聯連接，這樣在汽輪機危急遮斷時每組中只要有一個電磁閥動作，就可以將AST母管中的壓力油泄去，從而保證汽輪機的安全。在復位時，兩組電磁閥只要有一組關閉，就可以使AST母管中建立起油壓，使汽輪機具備啟機條件。

三、遠方掉閘后AST母管殘壓高原因分析

調節系統改造后，檢修后開機試驗時發現主汽門遠方打閘關閉緩慢，甚至關閉后又出現自開，AST油母管殘壓通過多次試驗（隔膜閥動作和主汽門關閉電磁閥動作，AST油壓均能泄去），基本確定為AST電磁閥動作后殘壓高，油壓不能及時泄去所致。

1.AST電磁閥及集成塊過流件核算

電液調節系統使用的AST電磁閥型號為GS06 0600V先導式電磁閥，通電時，電磁力作用于先導閥芯打開泄壓通道，主閥芯上腔室壓力迅速下降形成上低下高的壓差，流體壓力推動主閥芯向上移動泄去油壓；斷電時，彈簧力下壓先導閥芯關閉泄壓通道，入口壓力通過先導孔作用于主閥芯上腔室，流體壓力推動主閥芯向下移動，關閉電磁閥。

（1）通過GS06 0600V先導式電磁閥說明書給定的參數及實測尺寸，計算主閥芯全部開啟理論最小壓差（不考慮摩擦阻力、卡澀等情況）。主閥芯全部開啟理論最小壓差為0.045MPa，對比電磁閥說明書，最小啟座壓差0.3MPa，0.5MPa壓差下額定流量190L/min。

（2）核算AST進油排油面積。AST進油由10個節流孔產生，孔徑0.5～0.8mm，按0.8mm計算。各處排油均按最小面積核算，則相關進油、排油面積見表1。

表1 進油、排油面積核算

2.AST殘壓高原因分析

（1）油路分析。由集成塊油路示意圖（圖2）可見，圖2中虛線部分為AST油壓；點劃線部分為ASP腔室壓力；實線部分為無壓回油。AST油壓經過第一節流孔，形成ASP腔室壓力，ASP腔室經過第二節流孔進入無壓回油。節流孔除形成油壓外，也擔負著排除系統中空氣的作用。因為電磁閥高進低出，1、3閥組和2、4閥組進油都存在盲端，由于節流孔位置和高度的關系，不能完全排除盲端空氣，尤其是2、4閥組入口，因為1、3閥組動作后，泄油經過兩次折流且遠離節流孔，無法排除空氣。

圖2 集成塊油路

（2）電磁閥結構分析。GS06 0600V先導式電磁閥屬于可雙向安裝，先導閥泄油有逆止閥。因為1、3閥組有背壓（ASP腔室壓力4.2～8.9MPa），先導閥泄油逆止閥有必要，而2、4閥組背壓為零，泄油逆止閥的存在使泄油面積由4.15mm2減少到1.54mm2。

3.液壓系統特性

（1）液壓卡緊。液壓元件一般都是采用圓柱滑閥結構，閥芯和閥體從理論上講是應該完全同心的，不管它在多大壓力下工作，移動閥芯所需要的力只須克服粘性摩擦力就行，數值上應該是很小的。實際上并非如此，特別是中高壓系統中，常產生很大的軸向卡緊力，尤其是在閥芯停止運動一段時間后再開啟，有時往往需要數十牛頓甚至數百牛頓的推力才能使閥芯移動，這就是滑閥的軸向卡緊現象。

產生液壓卡緊的原因有徑向液壓力不平衡，油液中極性分子的吸附作用，雜物楔入配合間隙，滑閥幾何精度和同心度引起以及閥芯和閥套變形產生附加阻力等。

（2）氣穴。系統中進入空氣或介質中溶解的空氣，由于壓力變化，如在低壓區的油液體積較大，流到高壓區受壓縮，體積突然縮小，當又流到低壓區體積突然增大產生空穴現象。AST電磁閥動作后，壓力急劇下降，氣穴通過閥口壓力降到低于大氣壓（噴流狀態），溶解于油中的空氣便分離出來，產生大量氣泡，這些氣泡造成泄壓困難及電磁閥不能完全開啟。這也可以從試驗過程中AST電磁閥動作后強烈的噪聲加以驗證。

綜合以上可以認為，主汽門打閘關閉緩慢的原因是由于集成塊油路的設計不夠完善，造成AST電磁閥進油口集聚空氣不能完全排除，而試驗過程中多次拆裝電磁閥，造成油路中空氣大量和多次的集聚形成氣穴，再加上液壓卡緊、油液黏阻等特性造成的。

四、解決AST母管殘壓高的措施及效果

2008年利用機組小修時對AST集成塊進行改造，改造后的AST組件，仍然是4個串并聯布置的AST電磁閥，控制原理與原設備相同。不同的是每個電磁閥控制一個插裝閥，由高壓油母管引出一路油，通過電磁閥封閉，作用在各自對應的插裝閥上腔，形成先導油，先導油壓住插裝閥的杯閥，這樣杯閥就封住了其下部的AST母管的泄油通道。當AST信號輸出，這四個電磁閥就帶電打開，泄掉各插裝閥的先導油，使插裝閥打開，由插裝閥控制的AST母管油液經無壓回油管路排至EH油箱。

改造后的AST集成塊上采用的插裝閥通徑為25mm，排油面積加大，并且流道設計結構簡單合理，泄油狀況大大改善。機組小修后的試驗中，遠方打閘自動主汽門迅速關閉，系統無殘壓，連續試驗多次均正常，徹底消除了自動主汽門遠方掉閘慢的重大隱患。 W13.02-08