关键词:汽轮机；阀门；特性曲线；大修；分析；处理
0.引言
某核电厂百万级汽轮机是一种饱和蒸汽、中间再热、冲动式汽轮机组，该机组属于中压机组，由一个双流道高压缸和三个双流道、双排汽低压缸组成。从核岛反应堆产生的饱和新蒸汽通过四根主导汽管进入汽轮机高压缸，上缸与下缸各有两根，每根主导汽管上均设计安装了一台新蒸汽进汽调节阀门，用以控制高压缸的进汽量，新蒸汽在高压缸中膨胀做功后湿度增加，通过八根排汽管送入两台汽水分离再热器中去除排汽中约98%的水分并提高温度使之成为过热蒸汽，每个低压缸上部有两根进汽管，从两台汽水分离再热器中排出的再热蒸汽分别通过六根再热导汽管进入到三个低压缸再次膨胀做功，每根再热导汽管上均设计安装了一台再热进汽调节阀门（再热调门），用以控制低压缸的进汽量，两种进汽调节阀门共同保证蒸汽以安全和受控方式进入汽轮机。
进汽调节阀门的工作特性直接决定了汽轮机的安全稳定运行，阀门则是通过与其配套安装的液压驱动机构控制来实现开关与调节的功能。该核电厂汽轮机的再热调门只在机组冲转、空载以及功率低于50%额定负荷下参与调节，以上均是机组状态变化较快的工况，对再热调门的调节响应要求高，从历史统计数据结果看，再热调门误关等异常引起机组瞬态事件多，因此在机组每次停机大修中，不管再热阀门（包括其配套的液压驱动机构）是否有检修工作，均需对其进行冷态特性试验，绘制特性曲线，分析特性曲线上表现出的各种异常，对应处理包括阀门本体、液压驱动机构、连接机构等设备的相关部件，另在机组冲转并网前模拟上游控制信号，进行阀门开关与调节特性训练验证，使再热汽门保持在良好的工作状态。
1.再热调门的结构与原理
1.1 阀体结构
再热调门是一种流体低损耗蝶型阀，其阀板是圆形的铸钢板，带有整体的加强构件和阀杆凸台，阀杆的短轴是由螺栓刚性固定在阀板上，短轴由驱动端与非驱动端轴承支撑，轴承为圆柱滚子轴承，其中驱动端轴承承受轴向推力，保证阀板的轴向位置，阀板在阀壳内是偏心布置的，阀板与阀壳均无密封面，两者之间设计有单边0.75~1.05mm的间隙，以便在再热调门关闭时汽水分离再热器中的余汽可逐渐通过该间隙释压，阀板在阀壳内无限位，可在两部轴承支撑下360度自由旋转，开启与关闭时阀体本身阻力较小，另驱动端与非驱动端均设计安装一套抽汽轴封密封装置，用于阀杆短轴密封，在驱动端短轴端部设计安装了一个拐臂，用于与其驱动机构连接。
1.2 机械连接原理
再热调门的机械连接示意图见图1。再热调门的机械连接机构主要包括油动机（机械与液压过渡部件）、驱动导杆、复位弹簧、香蕉曲柄、翻板转轴、大反馈杆、全开止位器等部件。再热调门的开启过程是在油动机得到驱动油压后，因油动机活塞杆与驱动导杆是刚性连接，驱动导杆直接通过上部弹簧座压缩复位弹簧，在香蕉曲柄与翻板转轴作用下，将驱动导杆的直线运动转化为阀板的旋转运动，将阀门打开，同时在开启过程中，翻板转轴同时带动大反馈杆做直线运动，将阀体的开启位置连续传送给位于大反馈杆顶部的阀位探测器中做实时反馈；再热调门的关闭过程与开启过程相反，只是驱动力来自开启过程中被压缩蓄能的复位弹簧。另受全开止位器与阀体非驱动端的全关止位器限制，阀板只能在90度的开关行程范围内运动。
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图1 机械连接示意图
再热调门的这种机械传动结构形成了多个中间传动环节，不仅存在活动部件之间的连接间隙，而且各活动部件与其支撑件之间会产生磨损，在实际阀位与反馈的阀位控测器之间易产生偏差且有不稳定性，不过所引起的偏差都可以在其阀门特性曲线上表现出来，因此机组每次大修中的重点工作之一就是通过分析阀门特性曲线执行相应措施，尽量减少甚至消除这种机械传动过程中的失真。
1.3 液压驱动与连接原理
再热调门配套设计的液压驱动与连接机构示意图见图2。再热调门的液压驱动与连接机构主要包括油动机（机械与液压过渡部件）、错油门、定位器、电液伺服阀、电磁阀、蓄能器以及提供动力油与保护油的附属管道等部件。液压驱动过程是电磁阀失磁，保持稳定的保护油油压，保证用于开启油动机的动力油不被截断，来自汽轮机调节系统（GRE）的电信号输入至电液伺服阀内部，电信号被转化为液压信号，通过定位器进行一级放大，再通过杠杆作用到错油门进行二级放大，错油门则控制进入油动机内部的高压动力油流，给油动机提供动力源，另在阀门被驱动的同时，大反馈杆通过杠杆连接方式同步将阀位开度反作用到错油门上，启到实时阀位反馈作用，最终实现油动机的可控液压驱动，蓄能器则是在阀门驱动过程中给动力油稳压作用。另因再热调门关闭的动力是由开启过程中被压缩蓄能的复位弹簧提供，且油动机设计有一定的内泄量，阀门慢关时，只需液压驱动部件通过错油门停止向油动机内部提供高压动力油与缓慢泄去油动机高压侧积油即可；阀门快关则是通过电磁阀或上游保护油跳闸装置动作泄去保护油油压后，快速截断动力油并采用大开口方式泄去油动机高压侧积油即可。
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图2 液压驱动与连接示意图
2.特性曲线介绍
某核电厂再热调门特性曲线试验是通过一套专用的试验盒完成，试验盒主要由信号发生器、曲线绘制板、专用传输电缆等组成，信号发生器可模拟发出汽轮机调节系统（GRE）的电信号，同时可接收定位器上的线性差动变送器（LVDT）发出的阀位反馈信号，形成再热调门开关闭环控制，只要提前在曲线绘制板上铺上坐标纸，试验盒在控制调门开关过程中可自动绘制出阀门特性曲线，根据记录的信号不同，阀门特性曲线分为电流——阀位曲线与油压——阀位曲线，标准曲线示意图见图3，其中电流——阀位曲线反应的是阀位随伺服阀输入电流信号变化而变化的曲线，油压——阀位曲线反应的则是阀位随油动机高压侧油压变化而变化的曲线。在阀门的设计文件中，对于阀门曲线有相关的标准要求：开启线与关闭线需连续且平滑、无突变点、开启处与关闭处需重合，回差a值、b值大小合格，开启电流与全开电流大小合格等。
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图3 标准曲线示意图
3.曲线典型异常分析与处理
3.1 回差偏大
再热调门油压——阀位曲线中的a值或b值超标是回差偏大的主要表现，回差偏大的原因是阀门开关过程中各活动部件之间摩擦阻力偏大所致，从再热调门驱动与连接各部件的结构与连接特点分析：油动机活塞与缸体、活塞杆与端盖之间采用有自润滑功能的软性特氟龙材料的支撑环，加上油动机内部有抗燃油润滑，因此油动机内摩擦基本是稳定的，不会导致阻力偏大；而驱动导杆与导杆轴承、香蕉曲柄与翻板转轴、大反馈杆与其上/下部轴承是普通的滑动支撑结构，需要通过润滑剂润滑，随着运行时间增长，旧润滑剂的消耗与干涸，摩擦阻力会增大，另外同样需要润滑剂润滑的阀体短轴与轴承之间滚动支撑结构产生的摩擦阻力贡献也挺大。解决上述部件磨损阻力增大引起曲线回差偏大异常的处理措施：一般在阀门特性试验中采用多次开关活动阀门的同时使用压缩空气对上述部件进行彻底吹扫后，再使用耐高温的二硫化钼喷剂润滑对应连接件处理，可有效减小摩擦阻力，相关部件活动灵活，使用油压——阀位曲线回差恢复合格。
3.2 开启点油压抖动
再热调门的油压——阀位曲线在开启点位置经常会表现出油压抖动异常，该异常会导致阀门本体与驱动机构在开启初期产生机械抖动，影响阀门小开度阶段的调节，长期存在可能损坏活动连接部件。分析这种开启点油压抖动的原因是油动机斜立布置，在高压腔室内有积气，顶部的减压排气阀堵塞不畅所致。解决开启点油压抖动的有效处理措施是解体排气阀，对其内部阻尼部件进行清理，同时重新调整校核阻尼行程，通常可彻底消除油压——阀位曲线在开启点抖动异常。
3.3 开启点负行程
再热调门的油压——阀位曲线与电流——阀位曲线在开启点位置经常会同步出现负行程异常，常被称作“倒三角”，该异常会导致阀位控制零点偏差，引起再热调门行程范围无法标定。通过再热调门驱动与连接部件结构以及历史调整经验分析，导致开启点负行程的主要原因来自翻板转轴磨损后与大反馈杆配合松弛所致，其次大反馈杆与其上/下部轴承磨损松弛也有贡献作用。根据历史处理经验，解决开启点负行程异常的有效措施是优先检查处理翻板转轴磨损问题，可通过更换翻板转轴连接销或其支撑轴承处理，一般问题解决率超过80%，如检查翻板转轴无异常，则故障点就是大反馈杆与其上/下部轴承磨损松弛了，可通过调整或更换上/下部轴承处理。
3.4 开启电流偏小
再热调门的电流——阀位曲线偶尔会出现开启电流偏小异常，虽然设计文件中未对开启电流值大小有明确要求，但历史经验判断开启电流不能小于20mA，否则会影响阀门的刻度标定。原因分析为上游控制信号经阀门模块转换放大后，输送到再热调门伺服阀的电流信号量程范围是0~200mA，伺服阀在完成电液转换后会带动定位器活塞形成位移变化，存在定位器开启阶段位移变化率大的特性，也即这个阶段不利于控制调节，因此驱动连接杠杆在初始安装中会设置一段空行程，避免使用定位器开启阶段部分，另因驱动连接杠杆是机械连接且有开口销设置，一般不会发生松脱，因此引起调门开启电流小基本是由于伺服阀本身特性漂移所致。因伺服阀特性无法在线调整，再热调门的电流——阀位曲线开启电流偏小异常只能更换伺服阀解决处理。
4.结束语
某核电厂再热调门特性曲线异常的分析与处理一直是机组大修的重点工作，本文列举的几种典型异常也是历次大修中发生过且常见的问题，是一种分析与处理过程的总结，实践证明，掌握特性曲线分析的要点和重点，围绕影响再热调门特性的诸多因素，进行多方面的原因分析，才能对症下药，提高对现场设备的应急处理能力与水平，另外对同类设备问题处理具有一定的借鉴作用。
参考文献:
[1] 广东核电培训中心．900MW压水堆核电站系统与设备[M]．北京：原子能出版社．2005：467-468
[2] 成大先．机械设计手册[M]．5版．北京：化学工业出版社．2008．
论文作者:贺卫,李晓辉
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
标签：调门论文; 曲线论文; 阀门论文; 油压论文; 特性论文; 动机论文; 电流论文; 《电力设备》2020年第1期论文;