关键词：汽轮机；超速飞锤；弹簧；调整
Abstract: this paper introduces the problems existing in the no.1 and no.2 steam turbine of a nuclear power plant after the replacement of the assembly of trip bolts, the possible causes of abnormal trip bolts operation are analyzed, the root cause was identified, corresponding improvement measures are put forward, the problem of abnormal trip bolts operation for two steam turbines was solved in time, have made greater security and economic benefits.
Keywords: steam turbine; trip bolts; spring; adjust
0.引言
某核电厂全速（额定转速3000r/min）汽轮机组为防止事故工况下超速飞车，汽轮机设计安装了一套机械超速飞锤装置，当汽轮机组真实转速异常上升时，超速飞锤及时动作，触发机械危急脱扣机构，为其提供安全停机的方法，以防止事故发生、扩大和设备损坏，并将汽轮机脱扣信号送到反应堆停堆逻辑线路中，使反应堆顺利安全地停堆。汽轮机保护系统（GSE）的各种机械故障限于2种可预见的事态：汽轮机须停机以防止或减轻主设备的损毁；运行人员没有时间考虑其他操作，以避免延迟使事态迅速恶化。
机械超速飞锤作为电厂GSE系统的最后一道触发停机的部件，其是一种纯机械保护装置，只接收汽轮机转子真实超速信号，其可靠性直接影响机组的安全。因此，每台汽轮机设计安装有两个相互独立的超速飞锤（分别称作为前侧超速飞锤与后侧超速飞锤），与采用串联方式设计的机械危急脱扣机构相对应，任意一个动作均可保证汽轮机组紧急停运。
根据某核电厂设备定期试验运行规范要求，在机组每次停机大修后，需要进行真实超速试验（PT GSE 06试验），验证机械超速飞锤保护动作功能正常，该试验合格是机组并网发电操作的前提条件。
1.机械超速飞锤装置结构与动作原理
1.1 结构
某核电厂全速汽轮机组机械超速飞锤装置设计安装在高压缸转子端部短轴中，其主要由环形螺母、飞锤、铜套、垫圈、弹簧等部件组成，其结构简图见图1。
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图1 机械超速飞锤装置结构简图
1.2 动作原理
在设计结构中，超速飞锤重心与短轴旋转中心存在约6.5mm的偏心距，使飞锤在短轴直径方向上具有一定的偏心质量，当汽轮机组转速＜3240 r/min时，作用在飞锤上的离心力被弹簧反向约束力克服平衡，飞锤不会产生径向位移，但当汽轮机发生真实超速异常，转速超过3240 r/min后，作用在飞锤上的离心力大于弹簧反向约束力，平衡被打破，飞锤在离心力作用下开始产生径向位移，飞锤重心所在旋转半径开始增大，作用在飞锤上离心力随之增大，加速飞锤的径向位移直到飞锤头部触发机械危急脱扣机构，打开危急遮断滑阀，泄掉GSE系统的安全油，使用汽轮机进汽主调节汽门快速关闭，切断汽轮机的进汽，使汽轮机组紧急停运，保证机组的安全。按设计要求，可以通过加工改变图1中的垫圈厚度来调整机械超速飞锤动作，保证其动作值在要求的3240~3300 r/min范围内。
2.异常描述
某核电厂1号和2号汽轮机组在其第17次大修中，因汽轮机高压缸改造工作需要，整体更换了机械超速飞锤装置，其中图1中的短轴、环形螺母、飞锤、铜套、垫圈、弹簧等部件全部更换为新备件。当个大修上行超速试验，1号和2号汽轮机的前侧与后侧超速飞锤动作值分别为3265 r/min、3250 r/min、3268 r/min、3280 r/min，超速动作值标准要求是3240~3300 r/min，均合格。经过一个大修循环的运行，其中2号汽轮机组先开始第18次大修，大修中解体检查机械超速飞锤装置未见明显异常，但在上行启机超速试验中，前侧与后侧超速飞锤动作值分别为3162 r/min、3254 r/min，两侧超速飞锤动作值均出现了明显下降异常，其中前侧超速飞锤动作值已超出标准要求，机组超速试验不合格。
因上行启机超速试验合格是机组并网发电的前提条件，为处理调整2号汽轮机组前侧超速飞锤动作值，机组被迫暂停并网操作，临时停运汽轮机电动盘车，在线解体前侧机械超速飞锤，排查分析与调整处理，直接导致大修关键路径延误近1天，造成了近千万元的发电经济损失。
3.异常原因分析
根据某核电厂2号汽轮机组第18次大修上行超速试验中两侧超速飞锤动作值出现的明显下降异常现象，并结合机械超速飞锤装置结构特点与历史检修经验，分析导致该异常发生的可能原因有人因安装偏差、转速显示异常、飞锤重心变化、垫圈厚度变化、活动部件配合间隙变化、弹簧特性不稳定等，针对以上原因，现场制定检查措施进行逐一排查，最终确认了超速飞锤动作异常发生的根本原因是弹簧特性不稳定。原因分析详见表1。
表1 原因分析表
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4.异常处理与改进措施
4.1 异常处理
根据某核电厂全速汽轮机组机械超速飞锤装置的结构特点与动作原理，各部件正常安装后，飞锤的偏心距是固定不可调整的，也即飞锤的离心力只随汽轮机转速变化而变化，但弹簧的初始反向约束力可以在安装阶段调整，途径可通过改变垫圈厚度来实现，另根据该种机械超速飞锤装置历史调整经验，垫圈厚度每增加或减少0.01mm时，其超速飞锤动作值相应增加或减少约1.2r/min。
基于2号汽轮机组前侧超速飞锤出现下降异常后的动作值为3162 r/min，经专项处理小组成员讨论，将前侧超速飞锤垫圈厚度增加了0.82mm，现场复装机械超速飞锤装置，重新投运汽轮机电动盘车，待汽轮机组各项参数具备冲转条件后，重新冲转并再次执行上行启机超速试验，结果符合预期，前侧超速飞锤动作为3270 r/min，恢复到标准要求范围内，机组超速试验合格。
4.2 改进措施
某核电厂2号汽轮机组在整体更换新机械超速飞锤装置后，经过一个大修循环的运行，前侧与后侧超速飞锤动作值均出现了明显下降异常，且对比其具体下降漂移值，前侧飞锤为106 r/min、后侧飞锤为26 r/min，两侧飞锤动作值下降漂移量差异较大，说明不同飞锤弹簧的特性变化不同，新弹簧特性不稳定，在一个大修循环的运行时间内弹簧特性变化量未知，因此机组上一次大修时其超速飞锤的动作值已不能作为基准值了，大修中无法及时有效地对垫圈进行调整干预。
结合该电厂机组下行停机逻辑与汽轮机设备状态评估，在发电机解列后且汽轮机未打闸停运前的窗口下，改进新增一次下行停机超速试验，机组大修开始后第一时间掌握经过一个大修循环运行后超速飞锤的动作基准值，同时根据各个飞锤动作值变化量，摸清了各飞锤弹簧特性变化规律，大修中及时调整飞锤垫圈厚度，两台机组后续的四个大修中均进行了有效调整干预，上行启机超速试验全部一次成功。
5.结束语
某核电厂1号和2号汽轮机组在整体更换了新的机械超速飞锤装置后，当个大修上行启机超速试验，新超速飞锤动作值均正常，但经过一个大修循环的运行，超速飞锤动作值出现了明显下降漂移异常，经分析确认超速飞锤动作异常的根本原因是弹簧特性不稳定，通过推动两台机组各新增了一次下行停机超速试验，掌握了弹簧特性变化规律，大修中及时调整飞锤垫圈，保证了后续大修上行启机超速试验一次成功，提高了机组的安全可靠性和经济性。
参考文献：
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论文作者:贺卫
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：机组论文; 汽轮机论文; 汽轮论文; 动作论文; 机械论文; 异常论文; 核电厂论文; 《电力设备》2020年第1期论文;