600MW亞臨界汽輪機惰走時間長解決方案研究與應用

國家能源聊城發電有限公司 賈彥伏 孟慶軍 劉景文 楊 進 付 晉

主汽門惰走時間長是影響電廠安全穩定運行的重要缺陷，也是二十五項反措明確規定需解決的問題。汽輪機停機后的惰走時間長短直接取決于高壓主汽門的嚴密程度，高壓主汽門不嚴密會造成鍋爐水壓試驗無法順利進行，汽輪機停機后惰走時間長，同時還會造成停機后汽輪機缸內溫度下降快，汽輪機沖轉之前轉速可能突升等多種問題[1]。

1 機組存在的問題分析及解決方案

1.1 改造前機組存在的問題

我公司汽輪機型號為A157機型，高壓主汽門為臥式杠桿操控方式，近年來多次發生開停機期間主汽門卡澀無法打開或關閉，開機時主汽門卡澀延誤開機時間、停機后主汽門卡澀容易造成惰走時間長，嚴重時惰走時間4個小時以上，上述缺陷嚴重威脅著機組的安全性和經濟性。由于高壓主汽門與中壓主汽門同時關閉到位是發電機跳閘的必要條件，因此一旦高壓主汽門無法關閉到位，將使得電機不能自動跳閘，同時汽輪機也存在超速的危險。從我公司一期機組停機惰走時間曲線可看出，惰走時間普遍超過2個半小時以上，說明主汽門存在內漏問題，單純通過之后的汽門解體檢修研磨無法徹底消除內漏問題，無法根治惰走時間長的缺陷。

1.2 原因分析

一期機組目前陳舊落后的連接方式為杠桿式彈簧座，油動機的力不是直接作用在閥桿上、而是通過杠桿再作用到閥桿上，在主汽閥的開啟、關閉過程中，杠桿將以支架短柄一端為圓點轉動。當高壓油進入油動機活塞下油室推動活塞桿時，油動機的提升力由杠桿放大一倍以克服彈簧力和阻力開啟主汽閥；當要求關閉主汽閥時，彈簧力克服阻力等推動閥桿關閉主汽閥，同時拉動杠桿推著油動機活塞桿向零位移動。

由于杠桿的存在帶來了諸多不便和隱患。此外，這種杠桿連接方式由于油動機無法直接作用在閥桿上，閥頭的自重極易導致閥桿彎曲、造成開關困難。主要體現在杠桿連接后，油動機的用力方向無法平行于閥桿的方向，從而導致高壓主汽門開啟困難。在關閉時，由于油動機的用力方向不是直接作用在閥桿上，會存在一定的偏斜，而主汽門的閥桿襯套與閥座套筒的間隙不大，從而導致閥桿襯套與套筒卡澀，進而使得高壓主汽門無法完全關閉到位。從軸向、重力方向和側向進行受力分析[2]。

軸向受力分析。軸向受力應滿足F〉R蒸汽+R閥桿+R杠桿+2R油動機。式中，F為彈簧力、R蒸汽為蒸汽阻力、R閥桿為閥桿阻力、R杠桿為杠桿機構阻力、R油動機為油動機阻力。主動力：彈簧力5900kg（全關）～11300kg（全開），阻力為蒸汽阻力與機械阻力。蒸汽阻力。若高調閥先于主汽閥關閉嚴密，則蒸汽作用力為阻力R蒸汽=10.2×（π×d2/4）×P=282.5×P；若主汽閥先于高調閥關閉嚴密，蒸汽作用力可幫助主汽閥關閉。式中d為門桿截面直徑，P為主蒸汽壓強、單位MPa；機械阻力。主要包括閥桿阻力、杠桿機構阻力和油動機阻力，存在不確定性。軸向受力分析表明，彈簧力相對蒸汽阻力和機械阻力偏小。

重力方向受力分析。門桿外伸懸臂外端受導桿、彈簧組和座架、導塊球面等作用形成力矩M=2038～2905Nm，導致門桿在高溫下發生彎曲變形；側向受力分析。油動機活塞桿要受到一個杠桿施加的側向力作用。該側向力對主汽閥關閉有不利影響，當杠桿轉動不暢(如杠桿平面被破壞)時會明顯增大，甚至導致主汽閥發生卡死故障。

1.3 解決方案

主汽門油動機與閥桿在同一軸線上的設計能依托油動機桿的作用實現閥桿不下墜，從而避免主汽門門桿下墜帶來閥座密封線的偏移，同時由于主汽門閥桿相對于閥體居中后，各部套的配合間隙相比于之前更加均勻，從而在開關過程中消除卡澀（圖1）。

圖1 改造后的主汽門彈簧座設計型式

從圖1可看出，油動機桿直接作用于閥桿上，從而消除了汽門開啟關閉過程中的汽門閥桿“耷拉頭”缺陷，實現開關無卡澀以及關閉后閥芯閥座能夠對中接觸從而保證嚴密性。從設計思路上對新的彈簧座與油動機連接方式約束如下:

彈簧力應滿足上汽亞臨界600MW汽輪機主汽門彈簧力的最新設計要求，且彈簧全關富裕行程10mm，需在油動機桿與導桿配套時預留完畢；彈簧端部應有導向裝置。由于不進行閥門主體部分的改造，所以為確保現場安裝方便，連接頭與閥桿的連接部分按原相應部件（導塊）設計，并采用與原來相同的連接方式。

油動機提升力應滿足彈簧力及安全倍率的設計要求。此次改造由于油動機由之前的“推缸”變為“拉缸”，所以動作邏輯彎曲相反，油動機必須重新設計。此外，之前由于杠桿作用油動機所需提升力較小，改造后由于油動機直接作用于彈簧上，所以油動機的提升力需要增大，只能通過油動機油缸缸徑的擴大來滿足；油動機行程應大于閥門機械行程加上油動機的緩沖行程的和。由于油動機活塞桿側油缸內為壓力油，所以要求必須保證活塞桿密封件耐用，并能保持油動機活塞處在機組正常運行5年內沒有EH油滲出情況。

表1 彈簧的比較

油動機仍采用原有J761-001/003型伺服閥控制油動機正常出油，改造后操縱機構仍能使高壓主汽門在機組啟動過程中具備機組調速功能。此次改造，油動機的進油和回油模塊使用原新華模塊、即卸荷閥仍然使用DUMP閥，可靠性高；新設計操縱機構與高壓主汽門閥桿的連接部分能保證高壓主汽門解體檢修的方便性與機組正常運行時的可靠性；從結構設計上確保油動機活塞桿與門桿等的同心度，降低門桿的傾向受力；位移反饋裝置LVDT仍采用雙支冗余。位移反饋裝置LVDT的安裝方式便于拆裝和調試，保證同心度及穩定性，兩支LVDT相互之間無干擾；主汽門行程開關數量與原來一致，安裝方式便于拆裝和調試。

2 實際運行效果驗證

我公司利用大修機會，對#1機組兩臺高壓主汽門彈簧座改造為油動機直連型式（圖2）。在大修后的水壓試驗中，該主汽門嚴密性好，高導管疏水管沒有因為主汽門不嚴密造成進水。改造完成后的調停停機過程中惰走時間64分鐘，相比之前大幅度下降，達到了改造目的。

圖2 改造后高壓主汽門彈簧座

3 結論

此次彈簧座與油動機直連改造找到了多年來困擾主汽門安全穩定運行的直接原因，通過采用主汽門門桿與油動機桿直連的方式，既解決了開關過程中的卡澀問題、又解決了停機后主汽門不嚴密造成的惰走時間長的問題，一舉兩得。與此同時，利用原有新華模塊的油動機重新設計了油動機進回油模塊，在國內同類型機組上，該油缸與油動執行機構的組合第一次使用，使用效果良好，具有一定的可推廣性。