浅谈汽轮机综合液压保护装置故障分析及处理

2020-09-24郑建军唐远辉

设备管理与维修 2020年15期

郑建军，唐远辉，汪可，李银，徐强

（中国核动力研究设计院一所，四川乐山 614106）

0 引言

汽轮机安全保护系统由一套综合液压保护装置、一套轴向位移保护装置和一套汽轮机速度测量装置组成，可以实现对汽轮机就地应急手动保护、滑油低油压保护、轴向位移保护、超速保护、盘车联锁保护功能。每次运行汽轮机前，需要对汽轮机的各种保护进行检查，确保在发生异常情况时能够迅速动作，保护设备和人员的安全。

1 综合液压保护装置工作原理

综合液压保护装置是汽轮机安全保护系统的重要组成部分，主要有电磁铁组件部分和滑阀部分，电磁铁组件则由电磁线圈、铁芯及弹簧组成。综合液压保护装置结构如图1 所示，其中滑阀A、B、C 的轴向上端部分为空心结构且上端与各自的弹簧连接，滑阀D 为不定向滑阀。

正常工作时，压力油1 从孔道2 通过滑阀A 中间间隙流到孔道5，然后通过滑阀B 中间间隙流到孔道8（孔道7 和孔道8 室相通），在供DC 24 V 电磁铁和手动抬起电磁铁组合件上部按钮的作用下，流入滑阀C下端，而经孔道11 流入滑阀D 下端，经下端的径向小孔流到最底部，从而使滑阀D 向上抬升一小段。此时孔道7 内的滑油进入滑阀D 底部，滑阀D 再向上抬升一小段。同时，不定向滑阀上端的压力油经孔道9，通过滑阀C 上端经孔道6 进入滑阀B，再经过孔道3，通过滑阀A 上端经孔道4 完成泄油。随即滑阀D 完全上抬。在滑阀的工作下，孔道19 被封堵，孔道13 与孔道18相通，动力油2 从孔道13 进入孔道18 作为脉冲油，送到速关阀油动机内。

进入油动机内的脉冲油向下压弹簧，使得1.0 MPa 调节油通过滑阀通道进入速关阀活塞上部、下压弹簧，从而使速关阀打开。

当汽轮机就地手动紧急停机、汽轮机远程停机信号以及汽轮机轴承滑油总管压力低于0.19～0.21 MPa 时，都会使作用于滑阀C 的向上的力量减弱，在电磁铁组件内弹簧力的作用下，滑阀C 向下落。孔道7 的压力油经滑阀上端间隙进入孔道9，最后进入滑阀D 上端。滑阀D 下端的动力油通过孔道11 进入滑阀C 中间间隙，沿径向孔通过中空孔道上升，进入滑阀C 最上端。随后沿孔道6 进入滑阀B 上端，沿孔道3 进入滑阀A 上端，通过孔道4 完成泄压。滑阀D 在此作用下迅速下降，孔道17 随即被封堵。孔道18 内的脉冲油通过滑阀D 中间间隙进入孔道19 完成泄油。脉冲油消失，在速关阀油动机内弹簧的作用下，1.0 MPa 调节油迅速排出，从而使得速关阀迅速完成速关，起到保护作用。

图1 综合液压保护装置

2 故障现象描述

在汽轮机运行前状态检查中，发现综合液压保护装置存在异响、异动和油压保护偏离正常值的情况。

2.1 速关阀油路异响

在某次运行前进行状态检查时，运行人员按照滑油系统运行规程启动滑油泵，按照调节油系统运行规程启动调节油泵。系统启动后，设备、系统均无任何异常。然后，按照汽轮机运行规程对汽轮机进行联锁保护系统的检查。在监控台手动操作综合液压保护装置电磁铁组件顶部按钮打开速关阀时，发现速关阀的通油管路有刺耳的啸叫的声音。现场对滑油系统、调节油系统所有管道和设备进行检查，均未发现漏点。盘车装置电液操纵器动力油压、盘车装置出口脉冲油压，速关阀油动机动力油压、随动滑阀动力油压，轴向位移保护装置出口脉冲油压、综合液压保护装置的压力油压和滑油总管油压等均正常，均在规定的要求范围内。现场发现速关阀随动滑阀脉冲油压为0.39 MPa，而正常范围为0.40～0.43 MPa。

2.2 液压保护装置组件端盖异动

在某次运行前对汽轮机做综合液压保护装置联锁试验时，打开综合液压保护装置电磁铁组件顶部罩帽，没有发现任何异常。但在试验完成后恢复顶部罩帽时，发现综合液压保护装置电磁铁组件上端盖整体会轻微旋转。

2.3 油压保护偏离正常值

在某次运行前进行状态检查时，先后对汽轮机轴向位移保护、盘车电机联锁保护检查，均能满足汽轮机运行规程的要求，汽轮机速关阀按照规定值完成速关。而汽轮机滑油系统低油压保护检查中，通过缓慢逐渐关小滑油总管信号油截止阀，汽轮机3 次速关试验时滑油总管压力分别在0.15 MPa、0.16 MPa 和0.17 MPa，均不能按照滑油总管压力低于0.19～0.21 MPa 的要求进行汽轮机速关。

3 故障原因分析

3.1 异响的原因分析

综合液压保护装置到速关阀的脉冲油管路、速关阀动力油压管路在现场管路布置中均处于调节油系统和滑油系统管路水平最高点；速关阀及油动机内活塞与缸体之间由于制造工艺的要求，必然存在一定的间隙；而速关阀关闭后，调节油系统、滑油系统长期停运后，脉冲油由于重力的原因通过回油管路自流进入油箱，因此存在少量空气。当打开速关阀、油气混合通过速关阀管段时，会发出刺耳的啸叫声。经过多次开关速关阀后，空气被带走，异响消失，速关阀随动滑阀脉冲油压也恢复到正常范围。

3.2 异动的原因分析

在安装调试期间，综合液压保护装置按钮均能正常开启和按下，且电磁铁组件上端盖不会旋转。经过对综合液压保护装置的检查，没有发现任何物品对其施加作用力；对现场人员进行了解，没有人员故意动作、变更过综合液压保护装置。分析可能为：一是由于顶丝本身过短（仅6 mm），安装时没有完全紧固到位，在随后的运行过程松动；二是运行人员在打开和恢复按钮罩帽的操作时用力过猛，旋转过度导致顶丝松动、脱落、变形。经过机加人员重新加工顶丝、更换顶丝、紧固顶丝后，此现象得到解决。

3.3 油压保护偏离正常值原因与分析

根据滑阀C 的受力分析来看，滑阀受向上的力=电磁铁向上的吸力+压力油向上的力+滑油总管信号油向上的力。滑阀受向下的力=电磁铁组件内弹簧的弹簧力+压力油向下的力。压力油向上的力=压力油向下的力。正常工作时，滑油总管信号油油压＞0.21 MPa，滑阀受向上的力≥滑阀受向下的力，压力油通过滑阀C 进入不定向滑阀下端，使得不定向滑阀上移，产生脉冲油，速关阀才能正常打开。按照设计，当滑油总管信号油油压在0.19～0.21 MPa 时，滑阀受向上的力小于其向下的力，滑阀C 在电磁铁组件内弹簧的作用下会迅速落下，压力油经滑阀C 进入滑阀D 上端，从而滑阀D 下移，脉冲油消失，速关阀关闭。但在0.19～0.21 MPa 时弹簧并没有动作，而是在0.15～0.17 MPa 时弹簧才发生速关动作。因此认为弹簧作用力减小才发生此现象。

分析认为可能的原因有：一是弹簧力在原来的基础上已经减小，电磁铁组件内弹簧预设力过小或弹簧变形；二是电磁铁组件内弹簧在动作的过程有存在卡涩，增加了摩擦力；三是滑阀C 加工制造过程中存在毛刺或压力油油品质量不佳导致存在卡涩，增加摩擦力导致动作困难。随后对综合液压保护装置进行拆卸检查后，发现电磁铁组件内弹簧已经变形但并无卡涩。经过机加人员更换弹簧、回装综合液压保护装置、调整电磁铁组件内弹簧弹力后，综合液压保护装置均能按照滑油总管压力在低于0.19～0.21 MPa 的时候迅速动作，使速关阀关闭，问题解决。