汽轮机压力调节阀卡涩故障分析与处理

2022-09-27夏增阳

设备管理与维修 2022年16期

夏增阳

（中广核核电运营有限公司，广东深圳 454000）

0 引言

汽轮机是发电厂的核心设备，由于其高速运转的特性，轴承会产生大量的热，因此需要大量的油用于轴承系统的冷却与润滑。汽轮机润滑油系统在防止轴承与转子超温过程中起着决定性作用。润滑油供应系统是蒸汽轮机辅助系统的组成部分，它的功能是为汽轮机和发电机的轴承以及盘车装置提供适当压力、温度和流量的润滑油，此外还起到轴承的润滑和冷却以及顶起主轴的作用。

某电站机组汽轮机润滑油系统正常工况由恒定流量泵供油，为了克服流量损耗的变化并使油压稳定在恒定值，在主供油管道上并联一压力调节阀，使多余的润滑油回到主油箱。

1 压力调节阀结构组成与工作原理

汽轮机润滑油压力调节阀主要由阀壳、阀碟、弹簧、阀盖、调整螺杆、罩螺母组成，弹簧作用于阀碟上，可通过调整螺杆调整弹簧预紧力，罩螺母防止润滑油沿调整螺杆向外泄漏（图1）。

图1 压力调节阀结构

维持恒定压力的润滑油供油管道与调节阀法兰接口A 相连接。控制油通过接口B 作用于阀碟的两极台面上，使阀碟升高阀门打开，弹簧被压缩，弹簧的压紧力与控制压力动态平衡，使其供油管道上油压达到设定值。系统的压力越高，阀碟升起的高度越高，泄油口通流面积越大，因此系统压力越高，排放到油箱的油量越大。通过调节调整螺杆可以将压力维持到设定值。通过阀碟漏入阀盖中的润滑油将从阀壳上的接口C 排除。

压力调节阀配备一球阀（图2），该球阀可以起到缓冲作用，提高调节的稳定性，同时在切换泵引起压降时能够给出良好的动态响应。

图2 球阀

2 压力调节阀故障分析及处理措施

2.1 故障现象

在X01 大修期间，机械专业回装压力调节阀过程中发现入口法兰存在裂纹，更换修复的阀门；1 月29 日上午启动汽轮机润滑油泵对润滑油母管油压进行在线调整，压力整定至238 kPa。1月29 日下午16 时左右，汽轮机润滑油系统压力陡增至270 kPa，晚上20 时左右，机械人员再次调整该压力调节阀。由于系统已在线，整个调整过程汽轮机润滑油泵均保持运行。全行程调整压力调节阀，系统压力均未发生变化，保持在270 kPa。1 月30 日。机械人员联合电厂各专业评估阀门全关状态对机组的影响，各方一致认为在汽轮机润滑油油泵单独运行时母管油压低于300 kPa 时可满足要求，最终将压力调节阀调节至全关位置，母管油压270 kPa，同时在X01 大修启机过程中对系统管道以及压力调节阀进行测振，性能专业现场评价结果合格。机组维持运行至X02 停机。汽轮机压力调节阀失去调压功能，系统存在超压或压力过低风险，存在重大安全风险，调压阀卡涩问题亟待解决。

2.2 原因分析

在X02 大修期间，机械人员根据该阀的结构特点，逐项排查并试验验证，分析卡涩的基本原因有：①控制油信号管线堵塞，阀芯失去开启动力；②控制油逆止阀故障导致信号油泄漏；③机械杂质卡涩、锈蚀、腐蚀等导致阀芯卡涩；④活塞间隙偏大信号油泄漏；⑤间隙偏小温差导致阀芯卡涩。

（1）控制油信号管线堵塞。现场拆开压力调节阀信号管线发现有少量积油流出，使用压缩空气吹气不通，用吸尘器进行抽吸，抽出约200 mL 积油，无杂质和异物，再次吹气试验通畅，启泵后通油验证通畅。确认信号管线通畅无异常。

（2）控制油逆止阀故障导致信号油泄漏。解体压力调节阀逆止阀检查无异常，同时解体新备件逆止阀对比检查无异常，排除控制油逆止阀故障导致信号油泄漏的可能。

（3）机械杂质卡涩、锈蚀、腐蚀等导致阀芯卡涩。解体检查压力调节阀，发现阀芯表面无锈蚀、腐蚀和明显卡涩痕迹，且未发现明显的颗粒杂质，用手活动灵活自如。确认未发生机械杂质卡涩、锈蚀、腐蚀等导致阀芯卡涩的现象（图3）。

图3 阀芯部件

（4）活塞间隙偏大信号油泄漏。将新备件在试验台上进行新旧备件启动压力试验，通过试验台模拟控制油进行测试，发现阀芯动作无异常。确认无活塞间隙偏大信号油泄漏的可能。

（5）间隙偏小温差导致阀芯卡涩。对压力调节阀进行解体测量，阀芯与阀套配合间隙B/C 在标准范围，A 值在标准的下限且表面较粗糙（图4、表1）。

表1 压力调节阀阀芯与阀套配合间隙 mm

图4 压力调节阀工作原理

对压力调节阀的阀芯与阀套进行膨胀试验，阀芯与阀套在恒温槽内同步加热，在20～45 ℃内无卡涩且间隙保持不变；当用两个恒温槽对阀芯与阀套分别进行加热，当温差达到一定程度后，再装配时发生卡涩现象，温差越大卡涩越严重。

再次进行模拟升温试验，选取调试故障当天相同的室温（19 ℃），用热风模拟热油在室内加热阀芯和阀体下部，待阀芯达到当时的油温30 ℃，此时阀芯与阀套温差较大并出现卡涩（图5）。即在实际应用条件下，温差导致了阀芯和阀套卡涩。

图5 阀芯与阀套测温

2.3 处理措施

根据上述分析结果，认为阀芯与阀套间隙偏小，存在温差导致热膨胀是阀门卡涩的根本原因。因此，对阀芯进行加工，使阀芯与阀套的间隙A 值达到上限。加工完成后，再次对压力调节阀进行温差试验，结果显示温差在15 ℃之内未出现卡涩，但当温差≥15 ℃时调节阀再次出现卡涩。并对该阀再次进行压力调整特性试验，其启动压力无明显变化，调节特性稳定，验证阀芯与阀套配合间隙A 值达到上限对调节无影响。

3 结论

通过以上分析及试验，确认阀芯与阀套间隙A 偏小，在环境温度较低时，温差导致阀芯的膨胀大于阀套的膨胀，阀芯与阀套间隙消失而卡涩，是压力调节阀调整失效的根本原因。在压力调节阀的压力整定过程中，如果发生卡涩现象，可以对阀体进行充分的通油或对阀体进行保温措施，消除温差导致的卡涩；如果阀芯在全关位置卡涩，压力调整杆必须顶紧阀芯，防止在运行中突然开启，导致系统压力低而跳机；对于定购的新备件，要求阀芯与阀套的配合间隙A 值加工在上限；新备件的储存做好防锈保养，在使用要前进行解体检查，清除锈蚀，确认A 值在标准上限。

该型压力调节阀在多台机组应用，控制汽轮机润滑油系统的供油压力，属关键敏感设备。汽轮机启动时要求油温大于30 ℃，在国内冬季大部分地区气温低于20 ℃，系统启动时压力调节阀的阀芯与阀套实际温差大于4 ℃，在阀芯与阀套的加工间隙处于下限0.04 mm 时必然发生卡涩。通过模拟试验和现场实际应用验证，该型压力调节阀的阀芯和阀套间隙达到上限时可满足应用需求。