低壓主汽進汽控制閥ACV卡澀故障分析處理

余科科 鄔海永 劉福慶

摘要：根據某燃機電廠低壓主汽進汽控制閥ACV卡澀異常情況的現象，分析異常的原因，通過對低壓主汽進汽控制閥ACV的解體檢查，確認活塞桿和活塞筒內壁的磨損及油動機彈簧存在變形為卡澀的成因，采取一系列的處理措施，排除故障，使設備恢復正常狀態。

Abstract： Aiming for the ACV jam fault of low-pressure admission control valve in a certain gas-fired power plant， a disintegration overhaul of the low-pressure admission control valve ACV was carried out. The abrasion of piston rod and the inner wall of the piston barrel and the deformation of hydraulic actuator spring were confirmed as cause of jamming. Finally， three appropriate treatments were taken to eliminate the jam fault and restore the equipment to its normal operation.

關鍵詞：ACV卡澀;缺陷分析;解體檢修

Key words： ACV jam fault;defect analysis;disintegration overhaul

中圖分類號：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0142-03

0? 引言

某燃機電廠采用的是美國GE公司的多軸S209FA燃氣一蒸汽聯合循環機組，為“二拖一”型式，主要包括2臺GE公司的PG9351FA燃氣輪機發電機組，2臺Dehak公司的臥式三壓再熱自然循環余熱鍋爐，1臺GE公司的D11 型汽輪機，主機為多軸布置，既可“一拖一”運行，也可“二拖一”的運。2019年3月以來在機組啟動過程中低壓主汽閥ACV發生卡澀的現象，主要表現在機組啟動時，投入低壓補汽，ACV開啟到一定開度后，ACV的開閥指令與閥位反饋逐漸發生偏離，最終ACV的開閥指令上升到100%，而ACV的閥位卡澀在20%左右無法上升。在運行中隨著負荷的變化，已經卡澀的ACV可以向下關閉，卻不能開大，只會越關越小，導致負荷再次上升后低壓主汽壓力太高，需要開啟低壓旁路降低主汽壓，影響機組出力。

1? 低壓主汽進汽控制閥的作用與原理

低壓主汽進汽控制閥的首要功能是調節低壓的進汽壓力，但也對從低壓進汽源引起的透平超速起第一道防線作用。

作為防止透平超速的第一道防線，利用來自轉速傳感系統的信號調整控制閥的位置。該信號以及控制閥的位置與轉速成正比：當它的轉速升高到額定轉速的101%時，該閥開始關閉，當它達到或者在額定轉速的106%之前該閥完全關閉。1%偏差的用途是允許低壓進汽壓力控制子系統可在額定轉速的100%與101%之間正常運行。在額定轉速的101%以上時，該控制子系統的控制范圍隨轉速成正比地下降，直到達到額定轉速的106%時速度-已檢測信號完全超越低壓進汽控制信號，于是控制閥完全關閉。

如圖1 所示，伺服閥控制通過聯箱供向操縱控制閥的液壓執行機構的供油。一條管道將液壓油供應到聯箱面，其的內部孔通到噴油管供油孔和伺服閥的壓力孔。由于液壓執行機構是帶回程彈簧的單動式結構，只使用伺服閥上兩個孔中的一個孔，而另一個孔被擋住。排油管將油流回到油箱。用一臺旋轉位置傳感器將控制閥位置的反饋傳送到STC 柜。還提供本機的閥位置指示器。整個控制閥和操作機構組件安裝在低壓進汽管道中。

圖2所示為低壓蒸汽進汽控制閥（ACV）平面圖。它是帶有偏心軸的、由多層密合圈材料制成的密合型蝶閥。使用單作用式的液壓執行機構，液壓油經孔板進入到伺服閥，經伺服調節后，液壓執行機構將蝶閥打開到所需的閥位。機組遮斷時，由伺服閥將控制閥關閉。

2? 低壓主汽進汽控制閥卡澀后運行操作控制

由于ACV的開啟機會只有在啟動初期投低壓補汽的時候，正常運行時無法開大，所以在操作上，運行人員投在投低壓補汽前通過開大低壓旁路調節閥降低ACV前的壓力，低壓補汽時需要將壓力設定值盡可能的設低，隨著ACV的逐漸開大，緩慢關小低壓旁路調節閥，保持閥前壓力穩定，使ACV一次性開啟到較大開度。ACV卡澀在較大開度，可以使低壓主汽維持在較低壓力，無需開啟低旁調節閥控制壓力，不會影響機組出力。在正常運行期間，應將ACV前的壓力設定在最低值，始終保持ACV的開閥指令在100%，避免負荷波動時指令下降關小ACV開度，導致閥門卡澀在負荷回升后無法開大。

運行中若ACV閥門卡澀無法開大，存在卡澀消失突然大幅度開啟的風險，因此需通過提高壓力設定值或開啟低旁等措施，使閥門關至16%左右，再降低壓力定值，使閥門沖過卡澀區;不成功時可重復上述操作，避免閥門在卡澀情況下運行。

二拖一低壓主蒸汽并汽過程中，監視低壓主蒸汽壓力和ACV閥門開度，若閥門20%左右卡澀低壓蒸汽壓力上升時，可開啟待并爐低壓旁路，必要時退出低壓并汽。

3? 低壓主汽進汽控制閥卡澀的原因分析

基于ACV卡澀后可以關小卻不能開大的現象，對于ACV卡澀的原因進行可能性分析，初步分析有以下幾點可能性：

①ACV油動機液壓油入口過濾器堵塞，導致油壓不足，造成閥門卡澀。

②ACV油動機伺服閥故障或油管路阻塞，導致油壓不足，造成閥門卡澀。

③ACV閥開度長期在0-30%范圍內工作，軸套發生單邊磨損，導致ACV開到在20%開度位置時阻力過大，油動機無法克服彈簧壓力和閥門摩擦阻力，造成閥門卡澀。

④ACV閥門與油動機傳動機構個別位置存在碰磨。

⑤ACV的執行機構的油缸活塞密封面存在泄漏，ACV開啟過程中液壓油透過密封圈不嚴密處漏進活塞后的腔室，導致開啟ACV的開閥力矩變小，無法克服彈簧壓力和閥門摩擦阻力，導致ACV無法開大。ACV的開啟是通過液壓油推動油缸活塞，克服彈簧預緊力來實現，ACV的關閉是通過泄掉油缸內的液壓油，利用彈簧壓縮力釋放來關閉閥門。ACV的關閉在任何時候都沒問題，而開啟卻時?？?，說明執行機構開閥的力矩偏小，抵消掉彈簧預緊力之后不足以開啟閥門。

⑥用于ACV關閉的彈簧預緊力過大，油動機無法克服彈簧壓力，導致ACV閥門關閉容易，但開啟困難。

⑦ACV油動機彈簧壓縮與彈開過程不是直線型，導致彈簧與彈簧筒發生摩擦，油動機無法克服彈簧壓力、彈簧與彈簧筒以及閥門摩擦阻力，造成閥門卡澀。

⑧ACV油動機油缸內壁部分位置破損，長時間在此位置后導致活塞上下側油壓平衡，導致需要繼續開啟時無法克服活塞上側阻力，造成閥門卡澀。

4? 低壓主汽進汽控制閥的解體檢查

為了找出ACV卡澀的原因，利用機組停備期間對ACV進行了詳細的故障排查工作。

①在ACV閥門正常工作情況下，對ACV油動機液壓油入口過濾器進行檢查，過濾器壓差顯示為綠色，確定過濾器無堵塞。

②對ACV油動機液壓油管路解開后進行分段檢查，油管路中未見異物，確定油管路無阻塞，對伺服閥進行了更換，對油管路使用酒精后進行沖洗保證管無油泥雜質等異物后，將系統重新恢復后恢復到正常運行時，閥門在20%依然出現卡澀情況。因此排除液壓油管路堵塞和伺服閥問題造成閥門卡澀的故障。

③為驗證閥桿與軸套是否存在單邊磨損情況，將ACV進行了解體檢修工作，解體后對軸套與閥桿接觸位置進行了檢測，未見明顯的磨損，并閥門閥桿彎曲度進行了檢測，檢測結果為0.02mm/m，符合廠家資料要求，為了對軸套進行排除，將原軸套進行了更換。閥門回裝將系統重新恢復后，閥門在20%依然出現卡澀情況，因此可以排除閥桿與軸套單邊磨損造成閥桿憋勁導致閥門卡澀的故障。

④拆除傳動機構外殼觀察孔蓋板，如圖3所示，對各個位置進行了檢查，各部位連接件連接可靠無松動，且未發現有碰磨卡澀現象。對ACV進行靜態傳動，觀察閥門動作情況。ACV閥桿與閥門本體開關流程無卡澀，各連接件活動順暢，無摩擦卡頓現象。基本可以排除由于傳動機構碰磨的可能性導致閥門卡澀。

⑤為驗證ACV油動機彈簧與彈簧筒之間是否存在嚴重摩擦，造成閥門卡澀。將ACV油動機彈簧預緊力釋放掉，將彈簧筒拆下，對彈簧與彈簧筒內壁進行檢查，發現彈簧非直線型運行中間位置有鼓出，如圖6所示。彈簧筒內壁同樣存在明顯磨痕，如圖7所示。由此可以判斷ACV油動機彈簧與彈簧筒之間是存在額外摩擦力，其摩擦力必然對ACV閥的開啟造成了一定的影響。

⑥為了驗證是否是油缸某個位置內泄嚴重，造成閥門卡澀，我們將油缸進行了解體檢查。檢查發現活塞筒內壁上、活塞上有明顯的縱向劃痕，如圖4、圖5所示。同時活塞桿上的節流導向套存在單邊磨損的痕跡，密封不嚴密容易發生泄漏。磨損發生的位置集中在閥位18%-25%之間，導致閥門開度在此區間，油缸內部液壓油緩慢泄露使油動機推力下降，無法克服彈簧壓力開啟閥門。

為了進一步對解體情況進行驗證，將ACV閥油動機組裝后進行內泄試驗，油動機在閥門全關位時，油缸的內泄量為5ml/min;油動機在閥門開啟20%時，油缸的內泄量為108ml/min;油動機在閥門開啟40%時，油缸的內泄量為6ml/min;油動機在閥門開啟100%時，油缸的內泄量為4ml/min。通過內泄試驗驗證處，閥門長時間處于20%的開度時，活塞上下側油壓會達到一個平衡，當達到平衡后，在對閥門進行開啟操作時需要克服活塞上側液壓油壓力與彈簧力之和，此時活塞上側液壓油壓力和彈簧力之和要大于活塞下側液壓油壓力，因此在發出閥門繼續開啟執行時閥門出現卡澀情況。

5? 低壓主汽進汽控制閥的處理措施

①對活塞桿和活塞筒內部輕微磨痕采取拋光修復，對磨痕較嚴重的部位進行重新鍍鉻并做滲氮處理，保證油缸筒嚴密性。

②更換活塞桿上的密封圈，并進行打壓做無泄露試驗合格。將油動機運至試驗臺位置，配置油管道，將液壓油壓力充至11.5MPa檢查活塞缸有無泄漏，無泄漏充至21MPa進行觀察，保證三分鐘內無泄漏點出現;確認無泄漏點將壓力降至工作壓力11.5MPa進行傳動;測量活塞缸形成203mm，符合設計。

③在ACV設計說明書中，查詢ACV關閥所需力矩，發現彈簧預緊力遠大于設計說明書中要求。將彈簧筒加高在彈簧被壓縮時避免在壓縮量過大時彈簧與彈簧筒之間產生較大摩擦力，加高后彈簧預緊力從原先的2500kg下調為1500kg，經過多次傳動開關試驗，ACV開關均動作正常。

6? 結語

修復后的ACV在其后運行一個月期間，再無發生卡澀現象。此次ACV卡澀的異常事件中，運行人員積極開展缺陷分析，根據設備異?，F象，利用設計說明書查詢設備內部結構圖，分析判斷故障的可能性原因。檢修人員根據運行的分析，在對閥門解體檢修時有目的性的驗證故障原因，確認故障。在運行檢修的通力配合下，完美處理了ACV卡澀的故障，這也是當前先進電廠的運維合作運作模式。

雖然目前的處理措施保證了設備的正常運行，但是彈簧在長時間的使用過程中其性能會隨之下降，性能下降后也許會出現閥門關閉時間長等問題，為了長遠考慮應做好備件的采購工作，對有問題的彈簧進行更換，恢復原彈簧筒數據。

參考文獻：

[1]汪劍波.燃氣機組低壓主蒸汽進汽控制閥卡澀故障分析及處理[J].中國設備工程，2014（003）：61-63.

[2]張龔.某9FA.03機組低壓進汽控制閥異常現象分析處理[J]. 熱力透平，2018，47（03）：69-71，75.

[3]俞立凡，董艷芳.S109FA機組低壓蒸汽控制閥的異常情況與處理[J].電力建設，2009（02）：94-97.

[4]趙琦，毛志偉.9F單軸燃氣-蒸汽聯合循環汽輪機的控制和保護[J].浙江電力，2005，24（5）：4.

[5]中國華電集團公司.大型燃氣—蒸汽聯合循環發電技術叢書.設備及系統分冊[M].中國電力出版社，2009.

[6]谷向前.S109FA機組停機過程汽輪機高壓蒸汽控制閥卡澀原因分析及處理[J].全文版：工程技術，2016（007）：276.