透平燃油控制閥自主維修與推廣應(yīng)用

張龍　鄧紅濤　農(nóng)勇

摘? ?要：某海上油田透平機(jī)組使用的燃油控制閥是VL 24V系列燃油計(jì)量閥（VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve）。該系列閥門使用過程中曾出現(xiàn)閥體內(nèi)部阻塞、閥芯磨損、控制失效等故障，導(dǎo)致油啟失敗。由于介質(zhì)壓力高、閥芯行程短、計(jì)量精度高和技術(shù)限制等因素，故障閥門一直無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)維修，返廠維修的閥門須經(jīng)過出廠測(cè)試，以致造成維修成本高、維修周期長(zhǎng)、庫存積壓等問題。某海上油田動(dòng)力部門通過不斷摸索實(shí)驗(yàn)，成功總結(jié)出一套適用于現(xiàn)場(chǎng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve（燃油控制閥）? 線性差動(dòng)變壓器式位移傳感器（LVDT）? 比例電磁閥? 靜態(tài)漂移

中圖分類號(hào)：TH137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（a）-0089-02

某油田三臺(tái)透平于2014年完成升級(jí)改造。燃油控制閥由原來的機(jī)械拉桿式調(diào)節(jié)閥升級(jí)為VL24V系列燃油計(jì)量閥（簡(jiǎn)稱燃油控制閥），燃料控制精度更高更靈敏，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。但在長(zhǎng)期使用中該系列閥門在分公司的多臺(tái)索拉機(jī)組上出現(xiàn)過多種故障，導(dǎo)致燃油點(diǎn)火失敗，透平啟動(dòng)困難等問題。

透平發(fā)電機(jī)能否實(shí)現(xiàn)冷機(jī)油啟是油田電力系統(tǒng)最重要的保障措施，該閥門故障的處理方法一直僅限于更換總成和返廠維修，費(fèi)用極高。

1? 閥門解體與認(rèn)知

1.1 閥門結(jié)構(gòu)

燃油控制閥由閥體、閥門執(zhí)行器、計(jì)量元件、線性差動(dòng)變壓器式位移傳感器（LVDT）、旁通閥、電子控制模塊等構(gòu)成，如圖1。

（1）閥體：由兩部分具有精加工表面的殼體密閉組成。

（2）閥門執(zhí)行器：是一個(gè)比例電磁閥總成，由mA信號(hào)控制閥芯軸向的升降移動(dòng)。

（3）計(jì)量元件：通過閥體內(nèi)的環(huán)形銳緣噴嘴與閥芯上的不銹鋼擋板端面組成燃油供給控制和計(jì)量。

（4）線性差動(dòng)變壓器式位移傳感器（LVDT）：LVDT屬于直線位移傳感器，能精確測(cè)量閥門執(zhí)行器微米等級(jí)的運(yùn)動(dòng)，并通過電子控制模塊將位移反饋信號(hào)持續(xù)傳送到機(jī)組的控制系統(tǒng)。

（5）旁通閥門：旁通閥門為柱塞式，由彈簧承壓，通過壓差調(diào)節(jié)閥門保證通過流量控制口的燃油壓力。

（6）電子控制模塊：印制電路板安裝在閥體頂端，由各種芯片和電氣回路組成，通過判斷燃油需求量大小，輸出驅(qū)動(dòng)閥門執(zhí)行器動(dòng)作信號(hào)。

1.2 工作原理

燃油控制閥根據(jù)機(jī)組的燃油需求量精確控制閥門開度，轉(zhuǎn)變成對(duì)燃油流量的線性控制。

燃油控制閥由4～20mA的電流信號(hào)控制，在輸入信號(hào)為20mA時(shí)開度最大，在輸入信號(hào)為4mA時(shí)開度為零。需要注意，閥門開度為零時(shí)閥門并未完全關(guān)嚴(yán)，經(jīng)過零開度閥門的燃油流量約為啟機(jī)時(shí)流量的一半;當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行閥門關(guān)斷指令時(shí)，比例電磁閥失電，由彈簧將閥芯擋板直接座于環(huán)形銳緣噴嘴，此時(shí)，閥門完全關(guān)閉并阻止燃油進(jìn)入機(jī)組內(nèi)。

LVDT根據(jù)閥芯行程的變化產(chǎn)生一個(gè)精確的反饋信號(hào);通過電子控制芯片，將閥位反饋信號(hào)和閥位指令信號(hào)進(jìn)行比較，如果閥位反饋信號(hào)大于閥位指令信號(hào)，將減少比例電磁閥的輸入電流;同時(shí)，閥桿向關(guān)閉位置移動(dòng)直到閥位反饋信號(hào)與閥位指令信號(hào)相等。反之，如果閥位反饋信號(hào)小于閥位指令信號(hào)，將增大比例電磁閥的輸入電流，同時(shí)閥桿向打開方向移動(dòng)直到閥位反饋信號(hào)與閥位指令信號(hào)相等。

燃料從進(jìn)口管線進(jìn)入閥門，通過銳緣噴嘴進(jìn)行計(jì)量。打開擋板可增大經(jīng)過噴嘴的燃油流量，反之則減少，被計(jì)量后的燃油通過出口管線進(jìn)入燃油系統(tǒng)。多余燃油通過旁通閥流回燃油泵，阻尼限位器相當(dāng)于一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，幫助控制旁通閥開度。

為保證旁通閥在合適的位置，通過燃油泵的流量大約比通過控制閥的計(jì)量流量多10%～20%，避免旁通閥完全關(guān)閉，導(dǎo)致通過銳緣噴嘴的燃油壓力波動(dòng)。

2? 故障分析與維修

2.1 故障原因分析

在透平的啟動(dòng)、運(yùn)行過程中，曾出現(xiàn)過由于控制閥故障或機(jī)組程序參數(shù)不匹配，導(dǎo)致透平油啟困難、熄火等問題。通過對(duì)故障閥門的拆解、分析和處理，認(rèn)為以下幾點(diǎn)可引起控制閥故障：

（1）控制閥進(jìn)出口及旁通閥堵塞;

（2）控制閥內(nèi)漏或控制模塊受潮;

（3）比例電磁閥、LVDT受環(huán)境干擾 ;

（4）控制閥閥芯磨損;

（5）控制閥靜態(tài)漂移：

（6）控制參數(shù)不匹配影響啟動(dòng)。

2.2 創(chuàng)新思路自主維修方案

針對(duì)以上故障原因，逐項(xiàng)摸索實(shí)踐出可行的維修方案。

（1）閥門進(jìn)出口及旁通閥堵塞：檢查控制閥是否堵塞可采用在線清洗的方法。

需要注意：該維修方法會(huì)有少量燃油集聚在透平燃燒室內(nèi)，檢修后必須強(qiáng)制通風(fēng)稀釋以防止事故發(fā)生;在重新啟動(dòng)機(jī)組前須徹底吹掃排氣系統(tǒng)。

（2）控制閥內(nèi)漏或受潮影響控制精度：將控制閥拆下，打開后部密封套，觀察密封墊有無老化、磨損、破裂等情況，如有需更換配套密封墊;同時(shí)觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)頂桿與擋板之間的接觸是否緊密。

（3）比例電磁閥、LVDT受外界磁場(chǎng)、基座振動(dòng)等干擾影響閥位控制、反饋信號(hào)異常：檢查燃油控制閥地線、屏蔽線是否破損，連接是否正確可靠;及時(shí)處理機(jī)組振動(dòng)異常情況，定期檢查閥體、管線連接牢靠，避免共振。

（4）控制閥閥芯磨損：現(xiàn)場(chǎng)可使用1000目～2000目的砂紙對(duì)閥芯金相研磨和拋光，修復(fù)輕微磨損;修復(fù)的閥芯還需重新零點(diǎn)校準(zhǔn)整定。

（5）控制閥靜態(tài)漂移：在線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)得電前閥門無指令信號(hào)，閥芯應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，若反饋信號(hào)顯示超出±2.5%，該故障會(huì)導(dǎo)致透平點(diǎn)火時(shí)，控制閥無法在指定時(shí)間內(nèi)回到初始零點(diǎn)位置，影響燃油計(jì)量，可以通過燃油閥的校驗(yàn)來控制靜態(tài)飄移。

（6）機(jī)組控制參數(shù)不匹配導(dǎo)致啟動(dòng)失敗，

燃油點(diǎn)火時(shí)閥門開度限制值和燃油點(diǎn)火過程中燃油遞減量是燃油點(diǎn)火過程中最重要的兩個(gè)控制參數(shù)。

通過反復(fù)試驗(yàn)得出，當(dāng)點(diǎn)火閥門開度數(shù)值過小且燃油遞減量過大，容易導(dǎo)致點(diǎn)火失敗，當(dāng)點(diǎn)火閥門開度數(shù)值過大且燃油遞減量過小時(shí)，容易導(dǎo)致T5超溫。

3? 預(yù)防性維護(hù)

根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)、整理的資料通過預(yù)防性維護(hù)可以大大降低閥門發(fā)生不可修復(fù)的故障的可能性，預(yù)防性維護(hù)要注意以下幾個(gè)方面：

（1）關(guān)注閥位反饋信號(hào)，閥位趨向增大表示該閥存在靜態(tài)漂移或輕微磨損。

（2）每日巡檢目視閥體外觀是否存在缺損或滲漏情況，及時(shí)進(jìn)行清潔和更換密封。

（3）注意電纜及接線情況。

（4）定期保養(yǎng)每季度對(duì)閥體及其部件進(jìn)行清潔保養(yǎng)以延長(zhǎng)使用壽命。

（5）定期清潔濾器、更換濾芯。

（6）閥門拆檢過程做好閥芯保護(hù)，避免工具異物磕碰、刮劃對(duì)閥芯造成人為損傷。

4? 結(jié)語

通過自主攻關(guān)，已在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)兩臺(tái)故障的透平燃油控制閥，直接節(jié)省維修費(fèi)用25萬元。每年的臺(tái)風(fēng)季節(jié)，避臺(tái)恢復(fù)時(shí)，如果透平無法順利油啟，以該油田為例每延誤1h供電將造成33m3/h的產(chǎn)量損失，該故障的解決實(shí)現(xiàn)了高效復(fù)產(chǎn)，避免了油田產(chǎn)量損失。

該系列閥門現(xiàn)場(chǎng)成功的檢修經(jīng)驗(yàn)對(duì)同類型燃油、燃?xì)饪刂崎y保養(yǎng)、維修具有重要的指導(dǎo)和參考價(jià)值，如果該檢修維護(hù)方案推廣應(yīng)用到其他油田的更多機(jī)型上，實(shí)現(xiàn)預(yù)防維護(hù)與快速修復(fù)，能有效降低分公司動(dòng)力配件的庫存金額。

參考文獻(xiàn)

[1] 張會(huì)生，周登極.燃機(jī)輪機(jī)可靠性維護(hù)理論及應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2016.

[2] 朱達(dá).燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)典型故障分析處理與預(yù)控[M].北京：中國(guó)電力出版社，2019.

[3] 胡金海，王磊，孫權(quán).燃?xì)廨啓C(jī)故障診斷：信號(hào)處理與故障隔離[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2016.