小汽輪機(jī)速關(guān)-調(diào)節(jié)閥故障原因分析及解決措施

尹文星

（湖南湘化機(jī)汽輪機(jī)有限公司，株洲 412300）

現(xiàn)階段，小汽輪機(jī)主要服務(wù)于大型機(jī)械設(shè)備，如化工設(shè)備、電力設(shè)備、石油設(shè)備，同時(shí)小汽輪機(jī)可以長(zhǎng)期保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。但是，隨著現(xiàn)代社會(huì)需求的逐漸上升，生產(chǎn)量已無(wú)法與社會(huì)需求量保持平衡，導(dǎo)致大型機(jī)械機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，小汽輪機(jī)出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)件偏心、零部件單邊快速磨損等現(xiàn)象，發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的故障，造成經(jīng)濟(jì)損失。基于此，小汽輪機(jī)應(yīng)對(duì)速關(guān)-調(diào)節(jié)器進(jìn)行技術(shù)改造，有效解決相關(guān)問(wèn)題。

1 速關(guān)-調(diào)節(jié)閥的工作原理和結(jié)構(gòu)特征

就當(dāng)前工業(yè)機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，大型工業(yè)汽輪機(jī)入口蒸汽管道的建設(shè)常常會(huì)使用速關(guān)閥和調(diào)節(jié)閥，兩種閥門(mén)在整個(gè)機(jī)組中不可忽略，承擔(dān)不同的作用，兩閥門(mén)通常獨(dú)立配置。其中，速關(guān)閥又被稱(chēng)為快關(guān)閥、跳閘閥或緊急切斷閥，其在小汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的主要作用是：在汽輪機(jī)跳閘時(shí)，及時(shí)切斷汽輪機(jī)的進(jìn)口蒸汽，阻止蒸汽進(jìn)入，保護(hù)機(jī)組[1]。此外，在小汽輪機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，速關(guān)閥與機(jī)組的跳閘機(jī)構(gòu)、超速連鎖保護(hù)裝置息息相關(guān)。而調(diào)節(jié)閥被稱(chēng)作節(jié)流閥、調(diào)速閥，在小汽輪機(jī)中的主要作用是：調(diào)節(jié)進(jìn)入機(jī)組的蒸汽流量，進(jìn)而達(dá)到控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的目標(biāo)。

當(dāng)前，對(duì)于大型工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的小汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，速關(guān)閥與調(diào)節(jié)閥建立在同一個(gè)閥座上，成為二合一的連體閥。在整體結(jié)構(gòu)中，該閥被稱(chēng)為跳閘-節(jié)流閥，也被稱(chēng)為速關(guān)-調(diào)節(jié)閥、速關(guān)-節(jié)流閥。速關(guān)-調(diào)節(jié)閥具有兩種閥門(mén)的功能與特征，在機(jī)組整體運(yùn)作中還能對(duì)蒸汽進(jìn)出汽輪機(jī)的速度和流量進(jìn)行控制，在閥門(mén)打開(kāi)時(shí)引入蒸汽。小汽輪機(jī)中調(diào)節(jié)閥工作的主要目標(biāo)是：對(duì)機(jī)械設(shè)備中物質(zhì)輸出進(jìn)行控制，其間主要通過(guò)woodward505調(diào)速器對(duì)調(diào)速信息進(jìn)行有效收發(fā)，利用閥門(mén)定位器給予氣動(dòng)缸活塞動(dòng)力，以動(dòng)力為基礎(chǔ)帶動(dòng)汽動(dòng)缸活塞中的調(diào)節(jié)閥閥芯運(yùn)作。此外，閥芯開(kāi)啟的大小決定蒸汽量的大小，影響汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制成效[2]。

2 小汽輪機(jī)速關(guān)-調(diào)節(jié)閥故障的原因分析

本文以1N140汽輪機(jī)速關(guān)-調(diào)節(jié)器為例，展開(kāi)故障因素分析。在1N140汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)中，調(diào)節(jié)閥呈水平方向，即調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)缸、調(diào)節(jié)閥閥芯和閥桿等都橫向放置。但是，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，橫向放置極易造成零部件重心的偏移，同時(shí)在機(jī)組整體運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥的閥芯作用力較大，偏移和頻繁的動(dòng)作將會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)定位器中的O型環(huán)與調(diào)節(jié)閥閥芯等零部件出現(xiàn)單邊磨損。在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)閥與1N140汽輪機(jī)的入口無(wú)法完全契合，進(jìn)行直接連接。同時(shí)，調(diào)節(jié)閥的一部分距離機(jī)頭較近，那里的環(huán)境溫度偏高，最高可達(dá)80℃。在此環(huán)境下，氣動(dòng)缸的活塞橡膠密封環(huán)和閥門(mén)定位器中的O型環(huán)等橡膠制品部件極易老化[3]。基于此，1N140汽輪機(jī)運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)精度差大、速度波動(dòng)大、運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)引發(fā)機(jī)組非計(jì)劃停車(chē)事故。

3 小汽輪機(jī)速關(guān)-調(diào)節(jié)閥故障的解決措施

3.1 改良思路

當(dāng)前，設(shè)計(jì)小汽輪機(jī)速關(guān)-調(diào)節(jié)器時(shí)，針對(duì)調(diào)節(jié)閥運(yùn)行故障，人們可以調(diào)整速關(guān)-調(diào)節(jié)閥安裝位置，即將調(diào)節(jié)閥部分位置調(diào)節(jié)成豎直方向再進(jìn)行安裝。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在安裝中將速關(guān)-調(diào)節(jié)閥順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。試驗(yàn)結(jié)果表明，將速關(guān)-調(diào)節(jié)閥旋轉(zhuǎn)90°，能促進(jìn)速關(guān)閥手柄與汽輪機(jī)殼體進(jìn)行接觸，進(jìn)而提升閥門(mén)的安裝位置[4]。同時(shí)，考慮到汽輪機(jī)揭蓋檢修、整體操作的便捷性與美觀性，閥門(mén)整體設(shè)計(jì)時(shí)將安裝位置向上移動(dòng)1.2m，從汽輪機(jī)整體來(lái)看，閥門(mén)與蒸汽管道的位置基本持平。而改造后的速關(guān)-調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)缸向上安置，閥芯與閥桿、汽缸活塞的方向由水平轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直方向，從而避免O型環(huán)與閥桿、閥芯零部件單邊快速磨損。此外，閥門(mén)位置上移能有效改善調(diào)節(jié)閥的環(huán)境，解決橡膠件老化問(wèn)題。

3.2 評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)

速關(guān)-調(diào)節(jié)閥會(huì)產(chǎn)生移位現(xiàn)象，這對(duì)于調(diào)節(jié)閥來(lái)說(shuō)具有重要意義。在產(chǎn)生速關(guān)-調(diào)節(jié)閥位移時(shí)，人們需要明確以下三點(diǎn)：一是汽輪機(jī)出廠前速關(guān)-調(diào)節(jié)閥與1N140汽輪機(jī)入口的連接方式；二是詳細(xì)審核計(jì)算，改造是否會(huì)增強(qiáng)管道應(yīng)力；三是水平安裝的速關(guān)閥是否會(huì)出現(xiàn)偏心和單邊磨損現(xiàn)象。與其他類(lèi)型的大型汽輪機(jī)相比，速關(guān)-調(diào)節(jié)閥與1N140汽輪機(jī)入口的連接對(duì)機(jī)組影響不大，同時(shí)速關(guān)-調(diào)節(jié)器的前部位移1200mm對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行效率無(wú)實(shí)際影響，但是位移會(huì)使機(jī)組在整體布置上不夠緊湊。此外，為保證機(jī)組的整體安全性，管道設(shè)計(jì)時(shí)需要增加一個(gè)低排閥，低排閥在機(jī)組運(yùn)行中能有效減小水錘現(xiàn)象。之后，改造中需要及時(shí)驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)，確認(rèn)機(jī)組的速關(guān)-調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)，減少零部件磨損，在緊急狀況下幫助閥門(mén)恢復(fù)全關(guān)狀態(tài)，水平安裝對(duì)其影響可忽略。

4 結(jié)語(yǔ)

在速關(guān)-調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)改造中，調(diào)節(jié)閥在水平安裝位置可能發(fā)生非計(jì)劃停車(chē)事故。人們需要根據(jù)事故發(fā)生的實(shí)際數(shù)據(jù)，在分析的基礎(chǔ)上對(duì)速關(guān)-調(diào)節(jié)閥進(jìn)行整體改造。調(diào)節(jié)閥可以由水平安裝轉(zhuǎn)換成豎直安裝，從而大幅度減少閥芯偏移和單邊磨損。此外，人們可以采用多種科學(xué)設(shè)計(jì)方法，提升閥門(mén)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。