25MW汽轮机调速汽门波动原因分析

2013-07-25姜爱群

设备管理与维修 2013年4期

姜爱群

1.故障现象

C25-9.31/0.98型汽轮机，武汉汽轮电机厂制造，2000年建成投产，该型汽轮机调速汽门具有提升力小和稳定性好两大优点，图1是调速汽门结构示意图。

调速汽门故障主要表现为阀杆上端接头处严重磨损及脱落；调速汽门振动；在2号调速汽阀小开度情况下，机组负荷摆动大。阀杆接头处的严重磨损及脱落，往往导致调速汽门空行程增加，使调门滞后打开，影响机组的调节性能。调速汽门振动，轻者可能引起油动机、蒸汽管道振动，严重时导致调门上连杆及导汽管疏水管焊缝疲劳断裂。

2.原因分析

（1）调速系统预启阀的作用是在调速汽门开启时，减少门前、门后的压力差，从而减少调速汽门在开启时的提升力。C25-9.31/0.98汽轮机的四个调速汽门均采用带预启阀的结构，但是由于预启阀不严而往往造成机组在定速过程中转速发生波动，因为机组在定速时主要是开启1号调速汽门，若预启阀不严，则在定速时不仅1号调速汽门进汽，其他调速汽门也进汽，这样将使机组转速无法稳定。随着机组运行年限的不断增加，由于高温蒸汽流冲刷、频繁打闸，使得调速汽门阀芯与阀座上出现不同程度的氧化皮及小点坑等，而调速汽门是靠阀芯与阀座相接触的圆形宽带（即型线）来密封的，因此若这些缺陷出现于阀芯与阀座的型线处，则会造成调速汽门的漏汽现象，从而使机组转速无法稳定。

（2）由于带预启阀结构的调速汽门在刚开启时，预启阀先开。借助预启阀的开启，使调门前后压差减小，从而减小主阀的提升力。然而预启阀的存在，不可避免地造成了阀碟与阀杆的分离，使阀碟悬浮于蒸汽流中，极易产生上下振动。另一方面，预启阀在小开度情况下，阀内蒸汽流场很不稳定，直接导致了阀碟的振动，同时还可能诱发阀杆的振动。阀碟的上下振动，还直接导致了阀杆上端接头处的磨损。从振动角度分析，在调速汽门的全行程中，会出现两个振动高峰区，它们是两种不同类型的振动：一是调门开度小、进出口压差大时产生的高频自激振动，它具有固定的频率和稳定的周期波形，并伴有高噪声；二是调门开度较大、进出口压差较小时产生的低频强迫振动，它由阀碟底部的不稳定扰动蒸汽流引起，是一种不规则的随机振动。动力部25MW汽轮机2号调速汽门小开度情况下振动，就属于前一种类型，是大卸载调门在小开度时，阀碟自身产生的高频自激振动现象。调速汽门卸载偏大、阀内蒸汽流场不稳定是造成2号调门小开度时振动的主要原因。

（3）在理想情况下，希望配汽机构的特性（流量与阀门升程的关系或功率与升程的关系）为一直线,但实际上却有一定的差别，差别的程度不仅同每一调速汽门的特性有关，而且还和相邻的两个调门的重叠度有关，调门重叠度过大或过小甚至存在空行程都对调速系统的稳定性有很大影响。重叠度过大，相当于在某段负荷内，同时有两个调速汽门都在有效地控制流量，因而在这段负荷内，油动机行程或调速汽门行程不大的变化，便引起较大的功率变化，因而极易引起调速系统摆动。重叠度过大引起调速汽门摆动的特点是具有明显的定点性，即摆动都发生在相邻的两个调速汽门交接处所对应的负荷，超过这一负荷，便能重新趋向稳定。重叠度过小甚至存在空行程,则较小的功率变化便对应着很大的调速汽门升程改变量，在极端情况下，配汽机构特性在此范围内是呈水平状，说明在此负荷下所对应的调速汽门升程是不定的，这时即使没有负荷变化，油动机却在上下摆动，但摆动速度往往是比较缓慢的，重叠度太小还使油动机的工作行程增大，因而减少了油动机的富裕行程。

3.措施

（1）调速汽门型线不良通常表现为汽机空负荷时调速系统的摆动，为确保调速汽门阀芯与阀座接触型线的严密性，修理时必须认真做好调门阀芯及阀座上的高温氧化皮的清理，并对调速汽门主阀进行预装研磨。由于动力部25MW汽轮机1、2号调速汽门预启阀阀杆上端接头处丝扣均损坏，于是更换阀杆及阀座，重新配制阀杆细牙锁母。

（2）要解决2号调速汽门小开度时的振动问题，从结构角度讲，在于改善阀内蒸汽流场，并改小调门的卸载能力，使调门本身始终受到一个向下、适中的不平衡蒸汽力，处在稳定的蒸汽流场中，以避免阀碟上下浮动。可减小调速汽门预启阀行程，减小阀碟浮动程度，增强阀碟稳定性或者减小调速汽门阀杆直径，增加蒸汽平衡力。经武汽厂专家理论计算，将2号调速汽门阀杆直径减小0.3mm。

（3）调速汽门重叠度不宜过大也不能太小，所以应有一个合适的范围。经验表明，在前一个调速汽门开启到其门后的压力为门前压力的85%～90%时，后一个调速汽门即开启为最合理。由于25MW汽轮机在2号调速汽门小开度情况下，机组负荷摆动大，可以判断是1号调门与2号调门重叠度过大引起的调速汽门摆动。于是将1、2号调门对应的配汽机构凸轮进行清理与位置调整，适当减小1、2号调门的重叠度。