汽轮机管道阀门及维修策略探析

杨泽

摘 要：汽轮机调节系统通过调节主汽阀开度，实现对汽轮机转速、功率、负荷变化、蒸汽需求等指标的调控。文章从汽轮机管道阀门结构入手，围绕油控跳闸阀动作逻辑错误、油动机缓冲装置堵塞、油控跳闸阀管线堵塞、主汽阀部件卡涩、再热阀卡涩五个层面，探讨了汽轮机管道阀门故障原因及维修策略，以供参考。

关键词：核电汽轮机；管道阀门；主汽阀；故障维修

中图分类号：TK268 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）19-0129-02

Abstract： By adjusting the opening of the main steam valve， the steam turbine regulation system can regulate and control the speed， power， load change and steam demand of the steam turbine. Starting with the valve structure of steam turbine pipeline， this paper focuses on five aspects： action logic error of oil control trip valve， blockage of oil motor buffer device， pipeline blockage of oil control trip valve， main steam valve component jam， and reheat valve jam. The failure causes and maintenance strategies of steam turbine pipeline valves are discussed for reference.

Keywords： nuclear turbine； pipeline valve； main steam valve； fault maintenance

引言

汽輪机调节系统依据汽机负荷控制逻辑获得阀门开度指令，将其电流信号经由控制系统传送至伺服放大器中，借助开度指令信号获得比例方向阀位置反馈，用以调控主调阀阀门进油，实现对汽轮机管道阀门开度情况的控制。倘若汽轮机管道阀门出现故障将直接影响到汽轮机运行安全，如何采取有效维修策略值得我们进行探讨。

1 汽轮机管道阀门结构分析

1.1 主汽阀结构

汽轮机主汽阀位于汽轮机入口、主蒸汽隔离阀下游位置，用于隔离核岛蒸汽进入到汽轮机内，承担着主调节阀的辅助功能。主汽阀主要由旋启式蝶板阀、碗型密封、液压驱动机构等部分组成，其蝶板阀固定在阀轴处，经由连杆实现与油动机的连接，通过油动机的活塞动作对阀轴产生驱动力，使阀轴呈90°旋转。阀轴上的碗型密封用于防止蒸汽泄漏至驱动端，利用端盖实现阀门非驱动端的密封，阀轴端部的高压汽腔与油控跳闸阀相连接，其主要结构如图1所示。

1.2 主汽阀运行过程

油控跳闸阀在汽轮机组挂闸前处于开启状态，此时主汽阀非驱动端尚未形成高压汽腔，位于阀轴上的碗型密封保持松弛，核岛蒸汽经由轴间隙泄漏到驱动端外。当汽轮机组挂闸时开启主汽阀，待其处于全开状态时关闭油控跳闸阀，以此形成高压汽腔，并推动阀轴向驱动端移动，此时碗型密封处于压紧状态下，即阻止蒸汽向外泄漏。在汽轮机组打闸后，油控跳闸阀先于主汽阀动作，使汽腔压力向外泄出，此时碗型密封恢复至原有松弛状态，将主汽阀关闭[1]。

2 汽轮机管道阀门故障原因及维修策略探讨

2.1 油控跳闸阀动作逻辑错误

在管道阀门处于无蒸汽状态下时，选取压力表安装在油动机测压口观察数据变化情况，监测数据表明在开启主汽阀时压力数值为2MPa，在主汽阀到达全开状态下时压力数值为7MPa；在关闭油控跳闸阀时压力数值为2MPa，当其到达全关状态下时压力数值为4MPa。在有蒸汽状态下启动管道阀门，在挂闸时主汽门平衡阀迅速打开，使主汽门压力处于平衡状态，此时尚未形成轴端压力，主汽阀开启所需液压与无蒸汽状态下持平。伴随阀门的开启，阀芯内部蒸汽压力逐渐减小，待主汽阀压力为7MPa时到达全开状态，而油控跳闸阀当压力为2MPa时阀门开始关闭且开度逐渐减小，此时阀芯所受的蒸汽反作用力持续增大，导致液压油所需克服阻力持续增大，此时阀门到达全关状态下所需油压的计算公式为：

4+252/402×7.6=7.0MPa

在打闸过程中，油压在不计摩擦力影响下于14MPa时开始下降，在回油作用的影响下油控跳闸阀在8MPa时开启、在5MPa时全开。鉴于此时阀轴处于压紧状态，受到一定的旋转阻力影响，因此在阀门关闭时油压应小于7MPa，导致油控跳闸阀在主汽阀动作前发出动作，进而使得主汽门轴端高压蒸汽卸压，在300ms时间内关闭主汽门。但在汽轮机组实际运行的过程中，油控跳闸阀所受的摩擦力是不可忽视的，导致打闸时油控跳闸阀未能先于主汽阀动作，引发主汽阀卡涩等问题。在进行维修处理时可以选取LESLIE阀门完成油控跳闸阀换型，配合？椎60×48×6不锈钢缩颈蒸汽管道、？椎16×3不锈钢油管道，依据机组现场空间走向完成管道布设，将机组阀门竖直安装，优化油控跳闸阀的使用性能。

2.2 油动机缓冲装置堵塞

在机组打闸时，主汽阀油动机缓冲装置内部的活塞下腔室EH油经由有压回油管进行泄油，到达活塞行程末端时利用圆柱封堵回油口，余下EH油经由缓冲装置完成缓慢泄油，实现对活塞的保护。待阀门处于全关状态下时，油动机活塞余下6.5mm的空行程。倘若在泄油管内含有杂物，将极有可能在泄油过程中堵塞缓冲装置孔洞，阻碍EH油排出，进而使得阀门在活塞最末行程难以正常关闭。因此在维修时应先针对油动机进行解体，检查其内部有无杂物、油道是否清洁，测试缓冲装置能否正常开度，并利用酒精进行油道、部件的清洗，测量活塞空行程是否满足设计要求，防范油动机缓冲装置出现油孔堵塞问题。

2.3 油控跳闸阀管线堵塞

在机组打闸时油控跳闸阀随之而打开，将主汽阀轴端的高压蒸汽向凝汽器输送，倘若该排汽管线出现堵塞问题将导致轴端无法泄压，阀轴、碗型密封保持压紧，加大了阀门关闭时所受到的阻力。此时由于主调节阀处于关闭状态下，其阀板两端压力趋于平衡，因弹簧力难以克服阀轴圆周方向阻力，导致主汽阀无法实现完全关闭。在进行维修时应将位于油控跳闸阀下部的电动阀法兰脱开，针对压缩空气管道进行吹扫，防范管线中存在堵塞问题，以此保障油控跳闸阀排汽管线的畅通。

2.4 主汽阀部件卡涩

将主汽阀进行解体检修，常见油控跳闸阀端盖与闸板摇臂、阀轴间出现明显摩擦痕迹，由此说明主汽阀部件存在卡涩问题，其卡涩原因主要包含动作逻辑错误、阀内部件尺寸与轴向预留膨胀间隙不匹配、阀轴两端支撑与中间轴套不同心等。在进行维修时应注重调整轴向预留膨胀间隙，依据阀轴材质、线膨胀系数、阀轴向非驱动端膨胀有效长度、温度变化以及其他部件等因素进行热膨胀量计算，确保预留合理的热膨胀间隙。在现场检修时应先拆除非驱动端端盖，利用千斤顶使阀轴向驱动端移动，待碗型密封压紧后将端盖复原，依照设计要求进行螺栓拧紧，通过模拟运行工况测试其维修效果。在应对轴套不同心问题时，应选取激光仪作为测量仪器，在抽出阀轴后将阀芯摇臂、推动连杆拆除，将其他部件进行回装，并将激光发射源固定在阀体一侧，使其到达轴孔中心，将二维激光接收器固定在轴套口部位置，保障激光接收器窗口可接收到激光光束，并利用数据接收终端读取参数位置，通过不断调整保障四个轴套同心度良好，以此解决阀门、部件卡涩问题[2]。此外，还可以针对非驱动端摇臂端面进行铣削加工，待完成加工后进行阀门组装，保障轴系膨胀间隙？叟5mm，以此解决主汽阀部件的摩擦、卡涩问题。

2.5 再热阀卡涩

再热阀卡涩的主要原因是轴承抱死，对此可采用以下几种方法进行维修处理：其一是安装蒸汽隔热屏、漏汽收集与疏导系统，在阀轴处采用盘根密封方法隔离蒸汽，减轻高温蒸汽对轴承影响，借助SEK系统引走漏汽、疏水；其二是更换驱动端轴承，增添其定位功能，并将滚柱轴承替换为双列圆锥滚子轴承，防范阀轴偏移、窜动；其三是更换耐温等级高的油脂，防止油脂出现劣化问题；其四是拆除汽室保温装置，在非驱动端汽室、阀轴端部安装散热肋板，加强对流散热，并在汽室安装栅格防护罩，以此降低轴承运行环境温度，优化散热效果。

3 结束语

总而言之，当前智能型气动阀已在汽轮机组中得到了广泛的应用，相应也对于管道阀门的故障诊断技术提出了更高的要求。因此还应采用先进技术手段进行汽轮机管道阀门故障的診断，实现故障排除与预防性维修的有效落实，进一步降低维修成本、缩短检修工期，为核电汽轮机组的可靠运行提供保障。

参考文献：

[1]吴松林，陈湛杨.核电汽轮机阀门性能诊断实践及改进[J].科技视界，2018（14）：49-50.

[2]孙振平，周李军，李庆华，等.某新型核电汽轮机再热阀卡涩问题的研究[J].热力透平，2016，45（04）：319-322.