汽泵小汽輪機(jī)掛閘異常的原因及對策

李 勇

(江蘇華電揚州發(fā)電有限公司運行部， 江蘇 揚州 225000)

1 概述

江蘇華電揚州發(fā)電有限公司2×330MW機(jī)組，汽輪機(jī)是哈爾濱汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的C300/N330-16.67/538/538型亞臨界一次中間再熱、單軸、高中壓缸合缸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，配置30%額定容量的Ⅱ級旁路系統(tǒng)。其給水系統(tǒng)配有2臺50%容量的汽動給水泵和1臺50%額定容量的電動給水泵[2]。每臺汽動給水泵各配有一臺前置泵，給水泵和前置泵是由上海電力修造廠生產(chǎn)的，其型號分別為FK6D32和FA1D56型水泵。汽動給水泵是由哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NGZ84.6/83.5/06型小汽輪機(jī)驅(qū)動，其最大功率為5.3 MW，共有6級，正常工作轉(zhuǎn)速范圍為3100～5900 r/min，危急保安器動作轉(zhuǎn)速為6300±50 r/min。

2 存在的問題

江蘇華電揚州發(fā)電有限公司#7機(jī)組于2005年投入商業(yè)運行，2018年以來多次發(fā)生啟動過程#72汽泵掛閘不正常的問題，2018年汽機(jī)檢修，利用#7機(jī)組D級檢修的機(jī)會對#72汽泵掛閘不正常的缺陷進(jìn)行分析處理。

2018年11月10日進(jìn)行#72汽泵掛閘試驗，聯(lián)系熱控檢修強(qiáng)制#72汽泵啟動條件，啟動#72汽泵交流潤滑油泵及#7機(jī)#1EH油泵，檢查潤滑油壓及EH油母管壓力正常，運行人員按照正常啟動汽泵的步驟，在MEHB畫面點擊#72汽泵“掛閘”按鈕，#72汽泵“掛閘”紅燈閃爍，檢查#72汽泵安全油壓0.49 MPa，在正常范圍，3分鐘后“掛閘”紅燈熄滅，“脫扣”燈亮，檢查安全油壓為0 MPa，#72汽泵掛閘失敗，經(jīng)與熱控人員檢查啟動條件和跳閘條件未發(fā)現(xiàn)異常，反復(fù)試驗多次均告失敗。

3 原因分析

3.1 汽動給水泵危急遮斷器的工作原理

3.1.1 系統(tǒng)簡介

該汽動給水泵采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)，每臺汽動給水泵配置兩臺交流潤滑油泵和一臺直流潤滑油泵，正常運行時，由一臺交流潤滑油泵運行，另外一臺交流潤滑油泵備用，直流潤滑油泵不經(jīng)過冷油器，僅作為緊急備用。汽動給水泵和主機(jī)共用一套EH油系統(tǒng)，正常EH油壓為14.0±0.5 MPa[3]，汽泵潤滑油系統(tǒng)圖如下：

圖1 汽動給水泵潤滑油系統(tǒng)圖

通過上圖可以看出，汽泵安全油取自汽泵配置的兩臺交流潤滑油泵出口，經(jīng)過一個逆止門后分為兩路，一路供汽泵掛閘電磁閥和汽泵注油試驗用油；另外一路，再分為兩路，分別經(jīng)過各自的節(jié)流孔板后，一路接在注油試驗隔離閥前，通向危急保安器，另外一路接在注油試驗隔離閥后，通向隔膜閥，正常運行時注油試驗隔離閥在開啟狀態(tài)[4]，當(dāng)需要做注油試驗時，將注油試驗隔離閥關(guān)閉，從而保證了注油試驗時，飛錘動作后，隔膜閥油壓不會被泄去，汽泵不會跳閘，當(dāng)注油試驗結(jié)束后，首先將危急保安器復(fù)位，再將噴油試驗隔離閥緩慢打開，恢復(fù)原運行狀態(tài)[5]。

3.1.2 汽泵危急遮斷器工作原理

本汽泵設(shè)置有一個機(jī)械超速飛錘和一個現(xiàn)場脫扣按鈕，兩者任意動作時將泄去隔膜閥上部油壓，由彈簧力開啟隔膜閥，泄去汽泵高壓EH油從而使得汽泵脫扣，潤滑油與EH油之間不互通[6]。此外，汽泵還設(shè)置了一個停機(jī)遮斷電磁閥(20/OOT)，停機(jī)遮斷電磁閥與汽泵隔膜閥并聯(lián)，停機(jī)電磁閥和汽泵隔膜閥任意一個打開時，汽泵高壓EH油都將被泄去，從而泄去低壓主汽門插裝閥上部油壓，汽泵低壓主汽門在彈簧力的作用下快速關(guān)閉，完成汽泵脫扣[7]；當(dāng)汽泵潤滑油壓低、軸承振動大、軸向位移大、汽泵轉(zhuǎn)速≥6100 rpm等信號發(fā)出時，停機(jī)遮斷電磁閥(20/OOT)動作打開，汽泵跳閘，同時聯(lián)鎖打開汽泵安全油路的泄油閥(20/TT),泄去汽泵隔膜閥上部安全油壓，由于安全油壓下降，危急遮斷器滑閥在彈簧力的作用下自動打開[8]。

3.1.3 汽泵掛閘過程

當(dāng)汽泵滿足啟動條件后，在MEH畫面點擊掛閘按鈕，此時汽泵停機(jī)遮斷電磁閥(20/OOT)及安全油路的泄油閥(20/TT)關(guān)閉，掛閘電磁閥(20/RS)打開，掛閘油進(jìn)入滑閥復(fù)位手柄上腔室，將滑閥關(guān)閉，同時將飛錘復(fù)位；同時，安全油通過兩個并聯(lián)的節(jié)流孔通向危急隔膜閥及遮斷器[9]。隔膜閥上部油壓建立(大約0.49 MPa)后，在安全油壓的作用下隔膜閥自動關(guān)閉；通往危急遮斷器的安全油，進(jìn)入滑閥下腔室，并通過微小的間隙進(jìn)入滑閥上腔室，使得滑閥上腔室注滿油并建立油壓，為保證滑閥上腔室完全注滿油建立足夠的油壓，掛閘電磁閥打開后須保持開啟位3分鐘左右，3分鐘后滑閥上部油壓建立，掛閘電磁閥關(guān)閉，此時，由于滑閥上腔室面積大于下腔式面積，從而使得上下腔室產(chǎn)生壓差，該壓差與滑閥內(nèi)彈簧壓力相平衡[10]，從而使得滑閥始終保持關(guān)閉狀態(tài)，此時掛閘成功。汽泵危急保安器如圖2所示。

圖2 汽動給水泵危急保安器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 汽泵掛閘不正常的原因分析及要因確定

3.2.1 原因分析

針對#72汽泵掛閘不正常的異常缺陷，揚電公司立即成立了技術(shù)攻關(guān)小組，對該缺陷進(jìn)行了深入分析與討論，經(jīng)過分析討論后確定了導(dǎo)致#72汽泵掛閘不成功的原因可能有以下幾種：(1)汽動給水泵啟動條件不滿足，導(dǎo)致掛閘失敗。(2)主油泵出口油壓過低導(dǎo)致安全油壓無法滿足要求。(3)安全油泄油電磁閥(20/TT)內(nèi)漏或無法關(guān)閉，導(dǎo)致安全油母管壓力無法維持。(4)汽動給水泵隔膜閥存在缺陷，無法正常關(guān)閉。(5)主油泵至安全油兩個供油節(jié)流孔板堵塞，導(dǎo)致掛閘時，主油泵出口潤滑油無法進(jìn)入安全油系統(tǒng)。(6)掛閘電磁閥(20/RS)故障，掛閘時無法將滑閥復(fù)位。(7)危急遮斷滑閥復(fù)位油室與滑閥安全油室之間存在泄漏，在掛閘三分鐘結(jié)束后，掛閘三通電磁閥(20/RS)將滑閥復(fù)位油室與汽泵油箱接通時，安全油室的油也同時被泄去，使得掛閘失敗。(8)危急遮斷滑閥使用年限過長，內(nèi)部間隙變大，在掛閘電磁閥關(guān)閉后，危急遮斷器滑閥上腔室安全油產(chǎn)生的壓力不足以將滑閥彈簧壓住，危急遮斷器滑閥在彈簧的作用力下打開，安全油從滑閥處泄去，最終導(dǎo)致汽泵掛閘失敗[11]。

3.2.2 要因確定

針對上述可能的原因，攻關(guān)小組有針對性的制定了排查方案，并通過實施，最終確定#72汽泵掛閘失敗的主要原因。具體排查過程如下：(1)首先，由熱控人員對#72汽泵啟動條件和跳閘條件進(jìn)行了逐一排查，未發(fā)現(xiàn)異常，由此，排除了由于啟動條件不滿足導(dǎo)致#72汽泵無法掛閘的可能。(2)啟動#72汽泵交流潤滑油泵，檢查出口油壓為0.6 MPa左右，油泵出口油壓正常，排除了由于主油泵出口油壓低導(dǎo)致安全油壓無法建立的可能。(3)關(guān)閉噴油試驗隔離閥，在MEHB畫面進(jìn)行#72汽泵掛閘，檢查安全油壓為0.49 MPa左右，3分鐘后汽泵掛閘成功，隔膜閥上部油壓保持在0.49 MPa，隔膜閥處于關(guān)閉狀態(tài)，說明安全油泄油電磁閥(20/TT)及汽動給水泵隔膜閥完好。(4)汽機(jī)檢修對主油泵至安全油兩個供油節(jié)流孔板進(jìn)行檢查，節(jié)流孔板孔徑正常，無異物堵塞的現(xiàn)象，排除了由于節(jié)流孔堵塞導(dǎo)致安全油壓無法建立的可能。(5)在掛閘的過程中觀察危急遮斷器的動作情況，發(fā)現(xiàn)在掛閘電磁閥(20/RS)打開的時候，危急遮斷器被推倒位，當(dāng)掛閘電磁閥(20/RS)關(guān)閉后，危急遮斷器立即自動脫扣，排除由于掛閘電磁閥(20/RS)故障無法將危急遮斷器復(fù)位的可能。(6)在掛閘電磁閥(20/RS)三通閥回汽泵油箱管路安裝堵板后，再次進(jìn)行掛閘，仍不成功，排除了復(fù)位油室與滑閥安全油室之間泄漏導(dǎo)致無法掛閘的原因。(7)檢查#72汽泵危急遮斷滑閥是否不嚴(yán)，檢修將#72汽泵危急遮斷器窺視窗鏡面擦拭干凈后，再次對#72汽泵進(jìn)行掛閘，在窺視窗口觀察危急遮斷器動作過程，發(fā)現(xiàn)掛閘時滑閥處總有油流滲出，說明危急遮斷器的滑閥磨損，滑閥間隙變大，滑閥無法將安全油封住，因此掛閘電磁閥(20/RS)關(guān)閉后，危急遮斷器會在彈簧的作用下自動打開，造成掛閘失敗。汽泵危急遮斷器照片如下圖3所示。

圖3 汽動給水泵危急遮斷器照片

4 處理對策

滑閥內(nèi)部缺陷一般需要返廠維修或更換新滑閥，在與設(shè)備廠家聯(lián)系后，該型號的危急遮斷器滑閥暫無庫存，需要進(jìn)行定做，但是生產(chǎn)周期較長，由于#7機(jī)組檢修工期有限，如果定做或者將滑閥返廠進(jìn)行維修將直接影響檢修工期，造成檢修無法按期完工，影響機(jī)組正常啟動。為了不影響檢修工期，在與設(shè)備廠家購買危急遮斷器滑閥的同時，攻關(guān)小組對缺陷進(jìn)行了進(jìn)一步分析，試圖找出一個行之有效的辦法來消除缺陷，最后，進(jìn)行了以下試驗。

(1)再次進(jìn)行掛閘試驗，安全油壓為0.49 MPa正常，仔細(xì)觀察危急遮斷器滑閥，發(fā)現(xiàn)有油滲出，此時，就地按住手動將復(fù)位手柄按住后，滑閥泄漏減小，3分鐘后MEHB畫面顯示汽泵掛閘成功，就地緩慢松開復(fù)位手柄，安全油不變，掛閘成功。但是按照此方法掛閘，時而成功，時而失敗。

(2)檢修將危急遮斷器滑閥上的彈簧及撞銷同時拆除，運行人員在MEHB畫面進(jìn)行掛閘后，安全油建立0.49 MPa，觀察危急遮斷器滑閥未發(fā)現(xiàn)之前漏油的現(xiàn)象，3分鐘后掛閘成功，穩(wěn)定五分鐘后，在MEHB畫面脫扣汽泵，由于危急遮斷器滑閥上的彈簧及撞銷已經(jīng)拆除，失去了彈簧的作用力危急遮斷器滑閥無法自動打開，盡管安全油泄油電磁閥(20/TT)已經(jīng)打開，但是滑閥在關(guān)閉狀態(tài)，安全油壓不能完全泄去，穩(wěn)定在0.13 MPa左右。

另外通過分析安全油壓的歷史趨勢發(fā)現(xiàn)在掛閘電磁閥關(guān)閉時，安全油壓存在波動(0.49 MPa↘0.43 MPa↗0.49 MPa)，說明掛閘電磁閥在關(guān)閉瞬間的也會對安全油壓造成一定的影響，這就解釋了為什么掛閘時就地按住復(fù)位按鈕后有時能夠正常掛閘的原因。

從該試驗可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)彈簧力為零時，掛閘能成功，且危急遮斷器滑閥無漏油的現(xiàn)象，但是由于沒有了彈簧的作用力，危急遮斷器無法正常脫扣。假如能將滑閥內(nèi)彈簧更換成彈力較小的彈簧，使得滑閥安全油壓能和彈簧力正好平衡，這樣一來，就既能保證正常掛閘，也能保證正常脫扣[12]。

檢修將原來的彈簧更換成彈力較小的彈簧后，再次進(jìn)行掛閘試驗。點擊“掛閘”按鈕后，MEHB畫面“掛閘”紅燈閃爍，“脫扣”紅燈熄滅，檢查安全油壓0.49 MPa，就地通過窺視窗對滑閥進(jìn)行檢查，滑閥關(guān)閉嚴(yán)密無漏油現(xiàn)象，3分鐘后“掛閘”紅燈常亮，掛閘成功。穩(wěn)定5分鐘后未發(fā)現(xiàn)異常，在MEHB畫面點擊“脫扣”按鈕，汽動給水泵脫扣正常，安全油壓快速到0 MPa，就地通過窺視窗檢查，危急遮斷器滑閥動作正常。再次進(jìn)行掛閘，依然正常，就地進(jìn)行脫扣后，各方面檢查數(shù)據(jù)均無異常。經(jīng)過多次反復(fù)的掛閘、脫扣試驗，成功率高達(dá)100%。至此，#72汽動給水泵掛閘不正常的缺陷成功消除，#7機(jī)組D級檢修按期竣工，機(jī)組得以順利啟動。

5 結(jié)論

揚州發(fā)電有限公司#72汽動給水泵掛閘不正常的主要原因是由于機(jī)組投運時間過長，危急遮斷器滑閥內(nèi)部被磨損后造成間隙變大，掛閘后滑閥內(nèi)上腔室油壓小于彈簧壓力，從而導(dǎo)致了在掛閘電磁閥(20/RS)關(guān)閉以后汽泵自動脫扣。由于公司無備品，且定做或返廠維修都需要一定的周期，為了不影響檢修進(jìn)度，確保機(jī)組能按期順利啟動，現(xiàn)場技術(shù)人員通過分析危急遮斷器的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不斷創(chuàng)新，最后通過調(diào)整危急遮斷器滑閥內(nèi)彈簧彈力后，#72汽泵掛閘不正常的缺陷得以消除，確保了D級檢修按期竣工，機(jī)組順利啟動。該處理的方案可為其他同類型相關(guān)機(jī)組提供借鑒作用。