(华能大庆热电有限公司 黑龙江大庆 163712)
摘要：汽轮机高压主汽门是汽轮机用于快速切断汽轮机进汽、停机的保护装置，用压力油控制快速关闭和开启，关闭时间小于0.8s。高压主汽门是汽轮机防超速的最关键保护区装置，汽轮机防超速保护也是通过快速关闭高、中压主汽门及调门来实现的。本文分析了300MW汽轮机组高压主汽阀杆漏汽原因及其处理。
关键词：300MW汽轮机组；高压主汽门；门杆泄漏
高温高压的主汽阀冷态与热态时的最大行程不同程度地存在差别,热态时的最大行程要大于冷态。通过对主汽阀伺服回路参数进行调整,将主汽阀在热态时真正地全部开启,消除热态下因开度不足而造成的高压蒸汽沿主汽阀杆向外泄漏的故障。通过这样调整的主汽阀,冷态时在100%阀门开度的指令下,其实际开度约在98%～99%之间。该电厂的300 MW汽轮机组,在采用DEHⅢA型控制系统并对主汽阀伺服回路参数进行调整后,高压蒸汽沿阀杆向外漏汽现象全部消除。
一、汽轮机概述
汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业等领域。汽轮机能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。
二、汽轮机主汽阀门简介
高压主汽门是汽轮机用于快速切断高压进汽而停机的重要保护装置，结构类似于截止阀。阀座、阀芯及预启阀易出现冲蚀、密封线断线等缺陷。主汽门是利用杠杆原理，最前面是汽门，往后是一个弹簧，再往后是一个活塞。机组启动，首先建立复位油建立关闭各个泻有点，然后建立安全油，安全油再形成油压，用来封住启动油，建立启动油压。再然后建立启动油，启动油通入活塞后形成压力克服弹簧的拉力来顶起主汽门。当危机遮断器动作后，安全油卸去，启动油失去安全油作用的压力之后，同样也卸去油压无法克服弹簧拉力，于是主汽门关闭。
三、实例概况
某电厂1号汽轮机组系D42型300 MW机组,汽轮机控制系统采用DEHⅢ型控制系统。由于DEHⅢ型控制系统设计及设备本身存在的缺陷,在1号机组大修期间将DEHⅢ型控制系统改为DEHⅢA型,即将原来的电液并存型中压抗燃油控制系统改为纯电调高压抗燃油系统。该液压系统由4部分组成,即液压伺服系统、高压遮断系统、低压透平油遮断系统和高压抗燃油供油系统。经一段时间后，机组DEH控制系统改造后首次并网后，发现1、2号高压主汽阀杆漏汽严重,严重影响了机组的安全运行。
四、DEHⅢA型控制系统工作原理
该机组的10个阀门(2个高压主汽阀、2个中压主汽阀、4个高压调节阀、2个中压调节阀),除2个中压主汽阀属于开关型外,其余均采用伺服阀控制闭环回路。DEH控制系统包括2个闭环回路:伺服阀控制回路,对阀门进行定位控制,采用比例积分(PI)调节；另一个是转速、功率控制回路,对转速和功率进行闭环控制,也是采用PI调节。
对于不参与转速控制的高压主汽门,其控制回路原理如图2所示。图2中,LVDTG为线性位移传感器(LVDT)增益调整电位器(位于阀门伺服控制卡(VCC)上)；LVDT0为LVDT零位调整电位器(位于VCC上)。
图1 高压主汽门控制回路
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按照DEH控制系统设计的控制逻辑,汽轮机复位后,中压主汽阀即全开；挂闸后,一条阀门100%全开的指令便通过高压主汽阀的伺服回路作用于油动机活塞而带动主汽阀,使主汽阀的开度达到100%。当油动机活塞移动时,同时带动LVDT,将门杆的机械位移转换为电气信号,作为负反馈信号,与计算机处理送来的指令信号相加(因两信号符号相反,实际是相减),当指令信号与反馈信号相加使输入伺服控制卡G点的信号为零后,对应功放后S点的电压信号(范围是0～5V)为克服伺服阀机械零偏的电压(约为(0.2～0.3)V),伺服阀的主阀回到中间位置,不再有油进入油动机,这时主汽阀便处于100%的开度。
100%的阀门开度指令则完全决定于静态调试时阀门的实测行程值。汽轮机挂闸后,DEH置1号高压主汽阀于106 mm的开度,置2号高压主汽阀于107 mm的开度。
五、高压主汽阀杆密封原理及阀杆漏汽排放方式
为了防止高压蒸汽沿主汽阀杆向外泄漏,主汽阀在结构设计上采用了2项有效措施(图2):(1)采用1对密封面配合以减小高压蒸汽沿主汽阀杆向外泄漏的可能性,即主汽阀杆密封面(密封面B)及主汽阀门芯上止点密封面(密封面A),在该对密封面接触并起到密封作用后,阀门达到真正的全开；(2)设置排汽腔室和排汽管路,即使有极少量蒸汽通过密封面泄漏出来,也被抽入轴封加热器。由于轴封加热器在轴封加热器风机的作用下呈(500～750)Pa的微负压,故正常运行过程中不会出现高压蒸汽沿主汽阀杆向外泄漏的现象。
图2 高压主汽门剖面
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在汽轮机挂闸后,高压主汽阀真正全开,在进行DEH控制系统改造前,该机采用的是电液并存的控制方式,一直没有出现蒸汽沿主汽阀杆向外泄漏的现象。
六、高压蒸汽沿主汽阀杆向外漏汽的原因及处理
在机组正常运行时,从阀门壳体外伸的阀杆温度远高于操纵座的温度,为了分析阀杆漏汽原因,用红外线测温仪实测了高压主汽阀外伸阀杆温度及操纵座对应部位的温度。
温差的存在,必然出现阀杆与操纵座热膨胀量不相等现象。由于阀杆温度高于操纵座对应部位的温度,出现阀杆相对于操纵座的增长。以1号高压主汽阀为例,阀杆相对于操纵座热胀增长量:
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式中:L为阀门开启后,外伸端阀杆的长度,设计为170 mm；T1为外伸端阀杆温度,℃；T2为操纵座温度,℃；
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分别为阀杆、操纵座材料线胀系数,假设两者均为0.012mm/(m·℃)。
则Δ=0.012×170×10-3×232≈0.5mm
DEH控制系统改造后,由于DEH发出的100%阀门开度指令是按照冷态时测量值进行的设定,在热态情况下阀杆增长导致阀门行程出现增大,主汽阀芯上止点密封面起不到密封作用。此时若主汽阀杆漏汽流量大于排汽腔室、排汽管路向轴封加热器排汽能力,则出现高压蒸汽沿主汽阀杆向外漏汽的现象。原因查明后,分别对1、2号主汽阀控制回路的参数进行了调整,即通过调整VCC上的LVDTG,使LVDT的反馈减小,功放后“S”点的电压信号逐渐增大。将“S”点的电压信号由平衡态时(0.2～0.3)V电压逐渐增大到(0.7～0.8)V,主汽阀继续开启,直到主汽阀杆的密封面A与主汽阀芯上止点的密封面A接触并密封为止,这时高压蒸汽沿主汽阀杆向外漏汽现象也完全消失。
参考文献：
[1]卜喜正.高压主汽阀阀杆漏汽原因分析[J].华北电力技术，2015(01).
[2]田文增.300MW汽轮机组高压主汽阀杆漏汽分析及处理[J].热力发电，2015(07).