1000MW機(jī)組循泵液控蝶閥關(guān)閥異常分析及處理

黃幸

關(guān)鍵詞：液壓油站;插裝閥;卡澀;液壓油;壓縮

0引言

循環(huán)水系統(tǒng)作為火力機(jī)組的基本系統(tǒng)，需不間斷地為凝汽器、閉式換熱器等設(shè)備提供所需的冷卻水，用以維持汽輪機(jī)的冷卻循環(huán)倍率，保證凝汽器真空，循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

本文針對(duì)某機(jī)組循環(huán)水泵出口液控蝶閥YNQ32-04型液壓油站開閥壓力異常現(xiàn)象，對(duì)其直接原因及間接原因進(jìn)行了分析、優(yōu)化，為其他同類型機(jī)組提供了參考建議。

1存在的問(wèn)題

某廠一期建有2臺(tái)1000MW發(fā)電機(jī)組，機(jī)組循環(huán)水采用一機(jī)三泵（3臺(tái)雙速泵）的單元制循環(huán)供水方式。

循環(huán)水泵出口液控蝶閥為鐵嶺特種閥門股份有限公司生產(chǎn)的HD7Q43R-6Q全液控止回蝶閥，其配套控制系統(tǒng)為YNQ32-04型液壓控制油站系統(tǒng)。2B循環(huán)水泵停運(yùn)50h后，循泵出口液控蝶閥油站本應(yīng)維持0MPa的開閥壓力突然增至2.5MPa并保持穩(wěn)定，系統(tǒng)及關(guān)閥壓力為15MPa，如圖1所示。

在正常運(yùn)行過(guò)程中，該問(wèn)題多次出現(xiàn)：關(guān)閥狀態(tài)保持40-60h后，開閥油壓突然增至2-2.7MPa，并保持穩(wěn)定。

2液壓系統(tǒng)YNQ32-04介紹

如表1所示，控制系統(tǒng)設(shè)有4個(gè)壓力繼電器：SP1（蓄能器低壓?jiǎn)?dòng)油泵壓力）、SP2（蓄能器高壓停止油泵壓力）、SP3（開閥補(bǔ)壓壓力）、SP4（關(guān)閥補(bǔ)壓壓力）。圖3所示為液控單向閥20、23結(jié)構(gòu)圖，主路油

結(jié)合表1及圖2可知YNQ32-04控制系統(tǒng)關(guān)閥過(guò)程：關(guān)閥電磁閥17帶電排油，脈沖時(shí)間5s，液控插裝閥18開啟排油，液控插裝閥21開啟進(jìn)油，通過(guò)開閥油缸排油、關(guān)閥油缸進(jìn)油控制蝶閥緩慢關(guān)閉，關(guān)閥電磁閥17脈沖5s后失電進(jìn)油，液控插裝閥18和液控插裝閥21重新關(guān)閉切斷油路，這時(shí)因開閥電磁閥24失電排油，液控單向閥20、23均為關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)關(guān)閥動(dòng)作全部完成，系統(tǒng)保持油壓平衡狀態(tài)。

從p2流向p1，K為控制路油，p2油路與單向閥芯上部彈簧腔室相通。在沒有控制壓力K的作用下，p2油路在彈簧及自壓的作用下被切斷。然而，將控制油路K引通后，控制活塞把承受著彈簧力和p2壓力的單向閥芯推開，使主油路連通。

通過(guò)式（1）計(jì)算，無(wú)壓狀態(tài)下，當(dāng)K≥0.15MPa時(shí)，能把單項(xiàng)閥芯推開。依據(jù)該閥門先導(dǎo)比算出，正常運(yùn)行中，p2=15 MPa時(shí)，當(dāng)K≥2.5 MPa時(shí)能夠?qū)雾?xiàng)閥芯推開，p2、p1形成通路。

圖4所示為單向閥14結(jié)構(gòu)圖，主路油從p2流向p1，該單向閥開啟壓力為0.2MPa。

（2）電磁閥

在關(guān)閥過(guò)程中，電磁閥17帶電為排油狀態(tài)，脈沖時(shí)問(wèn)5s后失電進(jìn)油：此過(guò)程插裝閥18、21上腔室排油5s，油缸開/關(guān)閥腔室分別進(jìn)行5s的排/補(bǔ)油動(dòng)作，脈沖時(shí)問(wèn)5s結(jié)束后，電磁閥17失電為進(jìn)油狀態(tài)，油缸開/關(guān)閥腔室排/補(bǔ)油動(dòng)作結(jié)束，系統(tǒng)保持穩(wěn)壓狀態(tài)。

如圖5所示，電磁閥17型號(hào)屬“UK”型電磁閥，電磁閥24屬“CK”型電磁閥。“UK”、“CK”型電磁閥通過(guò)調(diào)整彈簧的設(shè)置位置來(lái)確定閥體的初始位置。在YNQ32-04型液壓系統(tǒng)中，斷電時(shí)電磁閥17為進(jìn)油補(bǔ)壓狀態(tài)，電磁閥24為排油泄壓狀態(tài)。

在開閥過(guò)程中，電磁閥24為帶電進(jìn)油狀態(tài)，脈沖時(shí)間5s后失電排油：此過(guò)程中將液控單向閥20、23頂開，油缸開/關(guān)閥腔室分別進(jìn)行5s的補(bǔ)/排油動(dòng)作，脈沖時(shí)間5s結(jié)束后，電磁閥24失電為排油狀態(tài)，油缸開/關(guān)閥腔室補(bǔ)/排油動(dòng)作結(jié)束，系統(tǒng)保持穩(wěn)壓狀態(tài)。圖6所示為“UK”“CK”型電磁閥結(jié)構(gòu)圖。

圖7所示為典型二通型插裝閥結(jié)構(gòu)及原理圖，其中包括先導(dǎo)閥、控制蓋板、插裝元件、集成塊組成。YNQ32-04型液壓系統(tǒng)中電磁閥17為插裝閥18、21的先導(dǎo)閥，對(duì)其插裝元件的動(dòng)作進(jìn)行控制。插裝元件包括閥芯、閥套、彈簧、密封件組成，主要控制主油路中的油流方向。

從圖7中可見，插裝件的工作狀態(tài)由作用在閥芯上的合力的大小和方向決定的，其中X為控制腔室，A/B為主油路腔室，通過(guò)先導(dǎo)閥控制X腔室內(nèi)進(jìn)排油來(lái)控制主油路A/B的油流向，其受力示意圖如圖8所示。

不計(jì)閥芯重量和摩檫力，“S：S”稱作插裝閥結(jié)構(gòu)參數(shù)，YNQ32-04型液壓系統(tǒng)中插裝閥18、21結(jié)構(gòu)參數(shù)比值為1：1.5，其合力如下：

圖9所示為YNQ32-04型液壓系統(tǒng)中液壓油缸結(jié)構(gòu)圖，為雙作用單活塞液壓缸，其中A為開閥油缸腔室，B為關(guān)閥油缸腔室。開閥時(shí)腔室A進(jìn)油，腔室B排油，活塞向右運(yùn)動(dòng);關(guān)閥時(shí)腔室A排油，腔室B進(jìn)油，活塞向左運(yùn)動(dòng)，其開閥、關(guān)閥推力如以下公式：

圖10所示為YNQ32-04型液壓系統(tǒng)中梭閥22結(jié)構(gòu)圖;其中A、B均為進(jìn)油口，C為出油口，當(dāng)A路進(jìn)油，B路被堵死，油從C路流出;反之當(dāng)B路進(jìn)油，A路被堵死，油從C路流出。梭閥22的作用是在開閥狀態(tài)下，系統(tǒng)油壓突然失去，插裝閥18、21控制腔室X內(nèi)油壓可從開閥油路繼續(xù)補(bǔ)油，保證循泵出口蝶閥不會(huì)關(guān)閉，防止設(shè)備損壞。

3問(wèn)題分析

從圖5中可見，關(guān)閥狀態(tài)下，開閥油路中的電磁閥17、24均為失電狀態(tài)，插裝閥18、21為關(guān)閉狀態(tài)，單向閥20、14為關(guān)閉狀態(tài)，開閥油路中油壓應(yīng)為0MPa。運(yùn)行時(shí)，關(guān)閥狀態(tài)保持40-60h后，開閥油壓突然增至2-2.7MPa，并保持穩(wěn)定。能影響開閥油壓突增的主要因素如下：

（1）單向閥20、14存在內(nèi)漏，系統(tǒng)油壓漏進(jìn)開閥油路;

（2）插裝閥18存在內(nèi)漏，x腔室內(nèi)油壓漏進(jìn)開閥油路;

（3）梭閥22存在內(nèi)漏，系統(tǒng)油壓漏進(jìn)開閥油路;

（4）油缸內(nèi)存在內(nèi)漏，關(guān)閥腔室B向開閥油路漏油。

以上4個(gè)因素出現(xiàn)時(shí)，漏油現(xiàn)象應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定，開閥油壓應(yīng)緩慢持續(xù)上漲，而不是突然增長(zhǎng)至2-2.7MPa并保持穩(wěn)定。為進(jìn)一步排查出現(xiàn)該問(wèn)題的原因，需對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他因素進(jìn)行詳細(xì)分析。

從流體力學(xué)液體的可壓縮性中可以得知，46號(hào)抗磨液壓油在常溫下的平均彈性模量值在（1.4～2.0）×103 MPa范圍內(nèi)，數(shù)值很大，因此在液壓傳動(dòng)中，一般認(rèn)為液壓油是不可壓縮的。但當(dāng)液壓油中混入未溶解的氣體后，其彈性模量K值會(huì)有明顯降低，在一定壓力下，油液中混入1%的氣體時(shí)，其彈性模量降低為純油的50%左右，如果混入10%的氣體，則其彈性模量?jī)H為純油的10%左右，因此需考慮液壓缸內(nèi)46號(hào)液壓油可壓縮性的影響。其壓力變化計(jì)算公式如下：

YNQ32-04型液壓系統(tǒng)中油缸的關(guān)閥限位通過(guò)圖11所示關(guān)閥限位螺釘控制，就地檢查該螺釘存在松動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)量螺釘松動(dòng)量約為2mm，通過(guò)式（3）～（5）可計(jì)算螺釘松動(dòng)2mm對(duì)開閥油缸內(nèi)油壓的影響。

（1）通過(guò)表1可知，正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)p≤3MPa，關(guān)閥電磁閥17帶電5s排油，插裝閥21向關(guān)閥油缸內(nèi)補(bǔ)壓，開閥油路中產(chǎn)生的油壓通過(guò)插裝閥18排出。現(xiàn)場(chǎng)檢查SP4調(diào)制約11 MPa，即當(dāng)p≤11MPa時(shí)就會(huì)進(jìn)行以上補(bǔ)壓流程。

（2）關(guān)閥狀態(tài)下，系統(tǒng)壓力為15MPa，當(dāng)關(guān)閥壓力在11MPa補(bǔ)壓時(shí)，通過(guò)式（3）、（4）可算出AF=80.4×103N，通過(guò)式（5）可算出△p=2.56MPa，因SP4的壓力傳送信號(hào)存在一定偏差，當(dāng)關(guān)閥壓力在10MPa和12MPa補(bǔ)壓時(shí)，算出的△p分別為3.2MPa和1.92MPa。

（3）正常情況下，當(dāng)電磁閥17帶電5s排油時(shí)，插裝閥18的x腔室內(nèi)無(wú)油壓，開閥油路B內(nèi)存在油壓時(shí)，插裝閥18應(yīng)為開啟狀態(tài)，油路B、A連通達(dá)到排油效果。

（4）結(jié)合問(wèn)題現(xiàn)狀，可以分析出以下2種影響因素：

①插裝閥18的插裝元件存在卡澀現(xiàn)象，不能及時(shí)將開閥油路中的油壓排出;

②電磁閥17排油油路不暢，在排油的3s過(guò)程中，插裝閥18、21的x腔室中油壓不能全部排出，關(guān)閥油路15 MPa油壓能夠使插裝閥21開啟進(jìn)行補(bǔ)壓;開閥油路油壓較小，不能使插裝閥18開啟進(jìn)行泄壓。

4處理方案

（1）緊固油缸關(guān)閥限位螺釘，杜絕因油缸補(bǔ)壓引起的液壓油壓縮現(xiàn)象;

（2）解體插裝閥18、電磁閥17，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部均存在少許雜物，使用酒精對(duì)其進(jìn)行沖洗處理;

（3）對(duì)液壓油系統(tǒng)進(jìn)行濾油處理，保證液壓油系統(tǒng)油質(zhì)合格。

（4）通過(guò)以上處理方案后，2B循環(huán)泵出口蝶閥液控油站故障已徹底解決。

5鞏固措施

（1）通過(guò)式（3）～（5）計(jì)算結(jié)果可以看出，關(guān)閥狀態(tài)下進(jìn)行關(guān)閥油路補(bǔ)壓時(shí)，若開閥油路不能及時(shí)泄壓，SP4的值越小，開閥油路中的油壓越高，所以適當(dāng)調(diào)高SP4的值能夠降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn);

（2）在開/關(guān)閥限位螺釘上加裝并帽螺母，使限位螺釘緊固牢靠，杜絕因油缸補(bǔ)壓引起的液壓油壓縮現(xiàn)象;

（3）液壓油系統(tǒng)油質(zhì)要求較嚴(yán)格，加強(qiáng)油質(zhì)監(jiān)督，并定期安排濾油工作;

（4）結(jié)合等級(jí)檢修機(jī)會(huì)，每年對(duì)液壓油系統(tǒng)進(jìn)行排油清理，杜絕因設(shè)備老化導(dǎo)致的油質(zhì)污染。

6結(jié)束語(yǔ)

液壓控制油系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)應(yīng)用較為廣泛，其設(shè)備的可靠性影響著發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對(duì)1000MW機(jī)組循環(huán)水泵出口液控蝶閥YNQ32-04型液壓油站開閥壓力異常現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析，通過(guò)對(duì)液控單向閥、電磁閥、插裝閥、液壓油缸、梭閥等液控模塊元件進(jìn)行研究分析，排查出液控油站異常問(wèn)題的根本原因，通過(guò)本文介紹的排查處理方案及鞏固措施，徹底解決了YNQ32-04型液壓油站的故障問(wèn)題。