摘要：汽轮机阀门的安全性对火电厂的生产经营具有重要的影响。本文首先简要介绍了汽轮机阀门的结构和原理，随后分析了汽轮机在运行过程中可能出现的故障，最后探讨了汽轮机阀门的管理、维护与控制的具体措施，希望这些观点能够为汽轮机阀门的管控优化提供思路。
关键词：汽轮机阀门；汽轮机数字电液控制系统；十字头连接
随着我国生态文明建设的不断推进，节能环保理念越来越深入人心，大容量高参数的汽轮机也成为了工业生产领域关注的焦点，强化对汽轮机阀门的管理、维护与控制能够确保对其故障的及时诊断，节约化石燃料，提高生产效率，以促进相关企业生态效益、社会效益和经济效益的提升。
1阀门结构及原理
高压主汽阀、高压调节阀和中压联合汽阀是汽轮机的高参数阀门的典型代表，一个汽轮机一般会设置两个主汽阀和四个调节阀，就高压主汽阀来说，其一般位于汽轮机调节阀前的主蒸汽管道上，为立式结构的单座球形阀，每个高压主汽阀都有一个进汽口和一个与高压调节阀腔室相连的出汽口，且前后都有疏水，当其中第一个高压主汽阀预启阀开启时，其内的蒸汽可以对高压调节阀阀壳及高压导汽管进行预热，与此同时，其第二个的高压主汽阀阀座后疏水也会开启，对该汽阀阀蝶下游进行供暖，以减少启动时的热应力，降低高压主汽阀前后的压差关闭。值得注意的是，高压主汽阀的开关速度主要由汽轮机数字电液控制系统（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）所调节，但一般对于600MW等级的汽轮机组，其开闭时间不应超过0.2秒。高压调节阀功能是通过改变阀门开度来控制汽轮机的进汽量，其阀座与阀壳之间可以以销子进行加固，以防止阀座转动，此外，其阀杆与阀芯可以做成一体，并镶饰司太立合金，以延长阀门的使用寿命，当汽轮机的遮断电磁阀失电时，会引发卸载阀关闭，此时，机组内的压力油会被引入活塞下腔室，在弹簧力和蒸汽力作用使高压调节阀开启，同时接受DEH的指令，控制油缸活塞下的油量调节阀门开度，当压力油的作用时间结束之后，阀杆又会带动预启阀碟及主汽阀碟向下运动，关闭阀门[1]。
2阀门故障分析
2.1伺服阀卡涩
伺服阀是由力矩马达、两级液压放大及机械反馈系统组成的（图1），根据高压调节阀的工作原理，当电气信号由伺服放大器输入时，其力矩马达中会产生磁场反应，带动衔铁和挡板转动，在正常运作时，挡板两侧喷嘴的的油压应是相等，一旦有电气信号输入，其两侧的油压就会产生差异，导致滑阀两端的油压也不相等，进而对调节阀的开度进行控制，当信号中断时，滑阀会借机械力量使调节阀关闭。一般来说，高压压调节系统内部伺服阀的间隙都很小，对抗燃油(EH油)的优质清洁度较高，一般要求其油质应达到NAS5级或MOOG2级的水平，如果油质不能到达机组运行的标准，伺服阀的喷嘴会发生堵塞，导致汽轮机往往卡在全开或全关的位置，失去控制。除此之外，质量不达标的抗燃油也会阀口产生磨损和腐蚀，造成伺服阀的灵敏度下降，影响机组正常稳定运行。
2.2十字头连接失效
汽轮机阀门的十字头是汽轮机组中最容易发生故障的地方之一，此处与活塞杆的连接螺栓是整个机组中易受到交变应力的破坏的环节，当螺栓承受的交变应力的大小超过其限度，并经过多次使用之后，其表面会产生细微的裂纹，这种裂纹会随着交变应力的发生频率增加而扩大，造成十字头处的承载面积逐渐缩小，进而发生突然性的断裂，这种现象被称为疲劳破坏效应（图2）。除此之外，活塞杠杆尺寸结构的大小，也会造成十字头连接的失效，如果直径过小，就会造成其承载力降低，引发塑性变形，导致预紧力小时；如果直径过大，则会造成变形力不达标，达不到机组紧固连接得作用，另外，紧固装置的配装过程存在不规范的操作也是造成十字头连接失效的重要原因之一。因而，当电场高压调节阀在投入使用之后，由于上述原因的产生，其阀门会在机组停机打闸、快速关闭时出现“卡顿”现象，导致远传和就地显示均反馈阀门卡在一定开度无法关闭到零位状态，从而导致机组运行故障。
图 1 伺服阀结构
图 2 疲劳破坏效应
3汽轮机阀门的管理、维护与控制
3.1强化对数字电液控制系统（DEH）的应用
汽轮机数字电液调节系统（DEH）的基本任务是确保供电质量和数量的稳定性和安全性，以促进汽轮机组的高效运行，现阶段，该系统已经在我国的大、中型发电厂组中得到了广泛的应用。在对汽轮机阀门的管理上，DEH系统能够在冷态启动时，通过对阀门的开度与流量的关系曲线的计算，确定流量对应的阀位，主动调节阀门的进汽方式，缩小动叶和静叶上的温度差异，减小热应力的产生。在阀门的参数整定方面，DEH系统能够通过单阀控制时的阀门开度计算、单阀与顺序阀控制的转换和阀门特性计算，实现对顺序阀与单阀控制切换速率和阀门故障信号的整定，避免开关指令与阀位反馈瞬间出现较大偏差，保障切换过程的平稳、安全[2]。
3.2落实对阀门的清理检查
相关技术人员要依据汽轮机机组的设置要求，对机械结构之间的配置进行和合理的设计和安装，以设计图纸为依据,进行逐项的合适，一旦发现与设计图纸不相匹配的环节，要慎重分析其原因之所在，强化对关键部位的反复确认，不能片面的认为“新设备不可能会出现问题”，落实对仪器设备的严格把关。对于十字头结构的调节阀，要对其材质检验，避免零件错用或购买到材质不合格的产品，严格按照制造厂装配要求进行复装，在阀杆完全拧入十字头后再复装防转销。另外，当阀门解体检查间隙出现明显杂音时，必须立刻停机对相关零件材质进行复查，以及时排除故障点，消除安全隐患。
3.3优化汽轮机阀门状态诊断系统
结合DEH系统的内部硬件监控和通信技术，立足于实时和历史数据，通过分布式控制系统（Distributed Control System,DCS）的组态和编程，优化优化汽轮机阀门状态诊断系统，能够实现对汽轮机阀门状态的实时诊断，强化对异常情况及时处理，避免在汽轮机运行中因阀门故障带来严重的经济损失，提高汽轮机管理、、维护与控制的智能化水平。立足于实际应用环境和条件，完善其顶层设计，强化对汽轮机阀门喷油、超速试、高压遮断等试验的信息收集，并在此基础上完善编程和软件界面设计，新增单台阀门手动试验、静态喷油试验、静态超速试验等操作功能，以提高其障碍诊断的精准性。
结论
综上所述，针对汽轮机运行中可能存在的故障，强化对数字电液控制系统（DEH）的应用，开发智能化的实施诊断系统，能够及早诊断汽轮机阀门性能和状态情况，提高故障处理效率，缓解相关人员的的工作负担，减少电力企业的经济损失。此外，信息技术应用和对装配人员的监督，能够有效防范安全隐患和经济风险，减少汽轮机阀门运行时的故障频次，提高机组发电安全性和可靠性。
参考文献
[1]郭有福. 300MW汽轮机阀门活动实验异常分析[J]. 仪器仪表用户,2018,25(10):92-94.
[2]崔马驰宇,胡小锋,张亚辉. 汽轮机阀门装配过程管控技术研究与应用[J]. 组合机床与自动化加工技术,2017(09):146-149.
论文作者:刘忠涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：汽轮机论文; 阀门论文; 高压论文; 机组论文; 调节阀论文; 故障论文; 字头论文; 《电力设备》2018年第19期论文;