600MW亚临界汽轮机惰走时间长解决方案研究与应用

国家能源聊城发电有限公司 贾彦伏 孟庆军 刘景文 杨 进 付 晋

主汽门惰走时间长是影响电厂安全稳定运行的重要缺陷，也是二十五项反措明确规定需解决的问题。汽轮机停机后的惰走时间长短直接取决于高压主汽门的严密程度，高压主汽门不严密会造成锅炉水压试验无法顺利进行，汽轮机停机后惰走时间长，同时还会造成停机后汽轮机缸内温度下降快，汽轮机冲转之前转速可能突升等多种问题[1]。

1 机组存在的问题分析及解决方案

1.1 改造前机组存在的问题

我公司汽轮机型号为A157机型，高压主汽门为卧式杠杆操控方式，近年来多次发生开停机期间主汽门卡涩无法打开或关闭，开机时主汽门卡涩延误开机时间、停机后主汽门卡涩容易造成惰走时间长，严重时惰走时间4个小时以上，上述缺陷严重威胁着机组的安全性和经济性。由于高压主汽门与中压主汽门同时关闭到位是发电机跳闸的必要条件，因此一旦高压主汽门无法关闭到位，将使得电机不能自动跳闸，同时汽轮机也存在超速的危险。从我公司一期机组停机惰走时间曲线可看出，惰走时间普遍超过2个半小时以上，说明主汽门存在内漏问题，单纯通过之后的汽门解体检修研磨无法彻底消除内漏问题，无法根治惰走时间长的缺陷。

1.2 原因分析

一期机组目前陈旧落后的连接方式为杠杆式弹簧座，油动机的力不是直接作用在阀杆上、而是通过杠杆再作用到阀杆上，在主汽阀的开启、关闭过程中，杠杆将以支架短柄一端为圆点转动。当高压油进入油动机活塞下油室推动活塞杆时，油动机的提升力由杠杆放大一倍以克服弹簧力和阻力开启主汽阀；当要求关闭主汽阀时，弹簧力克服阻力等推动阀杆关闭主汽阀，同时拉动杠杆推着油动机活塞杆向零位移动。

由于杠杆的存在带来了诸多不便和隐患。此外，这种杠杆连接方式由于油动机无法直接作用在阀杆上，阀头的自重极易导致阀杆弯曲、造成开关困难。主要体现在杠杆连接后，油动机的用力方向无法平行于阀杆的方向，从而导致高压主汽门开启困难。在关闭时，由于油动机的用力方向不是直接作用在阀杆上，会存在一定的偏斜，而主汽门的阀杆衬套与阀座套筒的间隙不大，从而导致阀杆衬套与套筒卡涩，进而使得高压主汽门无法完全关闭到位。从轴向、重力方向和侧向进行受力分析[2]。

轴向受力分析。轴向受力应满足F〉R蒸汽+R阀杆+R杠杆+2R油动机。式中，F为弹簧力、R蒸汽为蒸汽阻力、R阀杆为阀杆阻力、R杠杆为杠杆机构阻力、R油动机为油动机阻力。主动力：弹簧力5900kg（全关）～11300kg（全开），阻力为蒸汽阻力与机械阻力。蒸汽阻力。若高调阀先于主汽阀关闭严密，则蒸汽作用力为阻力R蒸汽=10.2×（π×d2/4）×P=282.5×P；若主汽阀先于高调阀关闭严密，蒸汽作用力可帮助主汽阀关闭。式中d为门杆截面直径，P为主蒸汽压强、单位MPa；机械阻力。主要包括阀杆阻力、杠杆机构阻力和油动机阻力，存在不确定性。轴向受力分析表明，弹簧力相对蒸汽阻力和机械阻力偏小。

重力方向受力分析。门杆外伸悬臂外端受导杆、弹簧组和座架、导块球面等作用形成力矩M=2038～2905Nm，导致门杆在高温下发生弯曲变形；侧向受力分析。油动机活塞杆要受到一个杠杆施加的侧向力作用。该侧向力对主汽阀关闭有不利影响，当杠杆转动不畅(如杠杆平面被破坏)时会明显增大，甚至导致主汽阀发生卡死故障。

1.3 解决方案

主汽门油动机与阀杆在同一轴线上的设计能依托油动机杆的作用实现阀杆不下坠，从而避免主汽门门杆下坠带来阀座密封线的偏移，同时由于主汽门阀杆相对于阀体居中后，各部套的配合间隙相比于之前更加均匀，从而在开关过程中消除卡涩（图1）。

图1 改造后的主汽门弹簧座设计型式

从图1可看出，油动机杆直接作用于阀杆上，从而消除了汽门开启关闭过程中的汽门阀杆“耷拉头”缺陷，实现开关无卡涩以及关闭后阀芯阀座能够对中接触从而保证严密性。从设计思路上对新的弹簧座与油动机连接方式约束如下:

弹簧力应满足上汽亚临界600MW汽轮机主汽门弹簧力的最新设计要求，且弹簧全关富裕行程10mm，需在油动机杆与导杆配套时预留完毕；弹簧端部应有导向装置。由于不进行阀门主体部分的改造，所以为确保现场安装方便，连接头与阀杆的连接部分按原相应部件（导块）设计，并采用与原来相同的连接方式。

油动机提升力应满足弹簧力及安全倍率的设计要求。此次改造由于油动机由之前的“推缸”变为“拉缸”，所以动作逻辑弯曲相反，油动机必须重新设计。此外，之前由于杠杆作用油动机所需提升力较小，改造后由于油动机直接作用于弹簧上，所以油动机的提升力需要增大，只能通过油动机油缸缸径的扩大来满足；油动机行程应大于阀门机械行程加上油动机的缓冲行程的和。由于油动机活塞杆侧油缸内为压力油，所以要求必须保证活塞杆密封件耐用，并能保持油动机活塞处在机组正常运行5年内没有EH油渗出情况。

表1 弹簧的比较

油动机仍采用原有J761-001/003型伺服阀控制油动机正常出油，改造后操纵机构仍能使高压主汽门在机组启动过程中具备机组调速功能。此次改造，油动机的进油和回油模块使用原新华模块、即卸荷阀仍然使用DUMP阀，可靠性高；新设计操纵机构与高压主汽门阀杆的连接部分能保证高压主汽门解体检修的方便性与机组正常运行时的可靠性；从结构设计上确保油动机活塞杆与门杆等的同心度，降低门杆的倾向受力；位移反馈装置LVDT仍采用双支冗余。位移反馈装置LVDT的安装方式便于拆装和调试，保证同心度及稳定性，两支LVDT相互之间无干扰；主汽门行程开关数量与原来一致，安装方式便于拆装和调试。

2 实际运行效果验证

我公司利用大修机会，对#1机组两台高压主汽门弹簧座改造为油动机直连型式（图2）。在大修后的水压试验中，该主汽门严密性好，高导管疏水管没有因为主汽门不严密造成进水。改造完成后的调停停机过程中惰走时间64分钟，相比之前大幅度下降，达到了改造目的。

图2 改造后高压主汽门弹簧座

3 结论

此次弹簧座与油动机直连改造找到了多年来困扰主汽门安全稳定运行的直接原因，通过采用主汽门门杆与油动机杆直连的方式，既解决了开关过程中的卡涩问题、又解决了停机后主汽门不严密造成的惰走时间长的问题，一举两得。与此同时，利用原有新华模块的油动机重新设计了油动机进回油模块，在国内同类型机组上，该油缸与油动执行机构的组合第一次使用，使用效果良好，具有一定的可推广性。