一起调速系统卡涩造成负荷突升的原因分析和处理，油动机

摘要：通过对玛纳斯发电有限责任公司3号汽轮机调速系统卡涩和负荷突升的原因分析及其试验，确定造成卡涩和负荷突升的根本因素。制定切实可行的消缺方案--优化凸轮型线，彻底消除威胁机组安全运行的卡涩和负荷突升事故隐患，保证了机组的安全运行。
要害词：汽轮机　调速系统　卡涩　原因　处理

1　前言
汽轮发电机组出现调速系统卡涩等故障是常见的威胁安全生产的因素，非凡是对机组调频调峰、锅炉稳定燃烧等影响极大，严重情况会造成锅炉燃烧不稳灭火、对外限负荷等情况发生，甚至会导致机组超速。
2　情况介绍
玛纳斯发电有限责任公司3号机为北京重型电机厂生产的N100-8.83/535型凝汽式汽轮发电机组。调速系统为液压机构，以高速弹性调速器为速度感受机构，通过油动机、凸轮配汽机构带动调门开启和关闭。
正常情况下，调速油压为1.96MPa，油动机脉动油压为1.03MPa，油动机滑阀处于稳定的平衡位置，顶部喷油。
2002年5月4日#3机组调速系统出现卡涩，5月5日出现负荷由94MW突升至108MW的现象。现象如下：
（1）机组加负荷加不上。当同步器行程继续增加时出现负荷突升的现象，机组负荷最高到109MW。
（2）油动机滑阀顶部不喷油，油动机脉动油压可由0.95MPa上升到1.4MPa（最大到过1.6MPa）。
（3）油动机活塞下油压达到1.93MPa。
（4）油动机行程指示在180--195mm处，机组负荷约为84--95MW，此时如能突破卡涩就会造成油动机行程越过200mm（对应负荷100MW），达到210--220mm的开度，出现负荷由94MW突升至108MW的现象。在其他行程位置无卡涩，油动机滑阀喷油均正常，调速系统工作正常。
（5）检查发现油动机活塞杆单侧（右侧）偏磨。
3　可能造成卡涩的因素
根据卡涩的现象，在油动机特定行程位置才出现卡涩，而其他行程位置无卡涩并且油动机滑阀喷油均正常看，可排除调速系统前箱内液压元件卡涩的因素。初步判定3号机调速系统卡涩和负荷突升现象是机械卡涩造成。分析机械卡涩的原应如下：
（1）油质不合格，引起液压系统滑阀卡涩。
（2）油质不合格，引起油动机活塞或活塞杆卡涩。
（3）油动机上盖偏斜造成油动机活塞杆与套筒磨擦，长期磨损造成局部损伤卡涩。
（4）凸轮配汽机构滚动轴承损坏或滚动轴承内部有杂物造成轴承卡涩。
（5）凸轮配汽机构齿条滑架和轴衬长期运行局部磨损，配合间隙发生变化，造成转动卡涩。
（6）调门阀蝶与套筒、阀杆与汽封环组件的滑动部分原始配合间隙过小，长期热态运行产生氧化皮以及热膨胀作用，使间隙消失，造成卡涩。
（7）调门操纵座导向键和键槽过度磨损，滑动时局部卡涩。
（8）调速连杆与油动机活塞杆不同直线而引起油动机活塞杆单侧（右侧）偏磨，从而造成运动阻力增大。
（9）调速系统卡涩的位置在油动机行程185-190mm，此处正是3号调门开启，4号调门刚开之时，蒸汽作用于阀碟上的力所形成的阻力矩最大，加上机械卡涩力，使得油动机在最大出力时也不能克服阻力矩，出现卡涩现象。
4　检查分析，确定卡涩的原因和部位
（1）进行滤油，油质化验合格，卡涩未消除。
（2）凸轮配汽机构滚动轴承未损坏，转动灵活，清洗干净后装配；
（3）检修中发现滑加轴衬磨损，将滑加轴衬更换；
（4）检查调门阀蝶和门杆活动灵活，无吃力现象，配合间隙合适，不卡涩；阀蝶与套筒间隙均在0.15-0.45mm之间，门杆与汽封环间隙均在0.35-0.50mm之间。
（5）检查调门操纵座键和键槽磨损情况，无局部磨损大，也无凹槽现象，配合间隙符合质量标准，未发现异常，活动灵活。
（6）解体油动机，油动机活塞杆单侧局部发亮有偏磨现象。但活塞杆与套筒间隙为0.10mm，活塞杆弯曲度为0.03mm以内，均合格。
（7）检查齿条板与压轮间隙，调整为0.40~0.65mm。
（8）红丹检查齿条与齿轮啮合情况。啮合良好，无偏磨现象。
（9）油动机叉头两端的间隙不一致，可能是安装影响，调整两端间隙一致。
经上述检查和调整后，开机进行试验，发现卡涩和负荷突升现象未消除。为此，针对卡涩原因进行再次分析。考虑到油动机活塞杆单侧受到偏磨的原因分析不够，对此进行重点检查分析，利用小修检查前箱水平和油动机底座基础平台水平度，检查情况如下：
将油动机吊开，测量前箱水平和油动机底座基础平台水平，两者水平度在0.25mm左右，左侧偏高，不水平。检查情况表明，因前箱水平和油动机底座基础平台左侧偏高，不水平，导致油动机活塞杆受力后产生向右的分力，使油动机活塞杆偏向右侧，出现活塞杆右侧偏磨现象。
根据上述检查情况分析调速系统卡涩和负荷突升的原因是由于前箱水平度的影响，使油动机活塞杆受到偏磨造成开启阻力增加所至。
5　处理方案及其说明
（1）调整前箱的水平度消除油动机活塞杆偏磨的问题。
因为前箱基础是不能改变的，前箱水平度的调整几乎不可能。
（2）增加油动机的出力。
将油动机活塞直径增加到220mm，计算可增加约700公斤的提升力。测量活塞缸套壁厚为15mm，没有加工余量。
（31）通过改变凸轮型线或凸轮转角的方法减轻卡涩处的阻力矩。
经分析，对3号调门凸轮型线进行修改，减少力臂，降低阻力距，这样使油动机在190mm左右时活塞下油压低于1.8MPa，保证足够克服开启阻力，消除卡涩。
鉴于上述分析，确定通过改变凸轮型线的方法减轻卡涩处的阻力矩，消除卡涩。
具体措施如下（见图一3号调门优化凸轮型线示意图）所示：
（1）在3号调门凸轮上实施。将3号调门凸轮型线拓下。
（2）理论根据：M（力矩）=F（力）×L（力臂）。在力不变的情况下，减小力臂就可减小力矩。
（3）对于3号调门而言，不同凸轮转角对应调门开度不变，相当于力不变，减小力臂即减小凸轮接触点作用线至凸轮转轴中心线的距离，等于减小力矩，油动机活塞下油压相应降低。
（4）根据试验数据，A点处的油压为1.26MPa，力臂为75mm；B点处的油压为1.92MPa，力臂为120mm；如将A点和B点之间的凸轮型线优化，使
力臂小于100mm，则油动机下油压最高点B点压力Fb′为：
1.92/120=Fb′/100∴计算Fb′=1.60MPa
（5）由作图法做出优化的凸轮曲线，让各点力臂均小于100mm，即力的作用线均在以凸轮轴心线R=100mm的园内（"图一3号调门优化凸轮型线示意图"中虚线带箭头线为力的作用线）。
（6）为保证凸轮型线的连贯和均匀过渡，将凸轮顶部尺寸沿外边缩小约5mm。这样改变不影响调门开度。因为根据调门横担、凸轮配汽机构的工作原理，凸轮顶部型线改变约5mm，调门对应行程变化为：
x/5=324/694∴有x=2.33mm
即最大行程减少2.33mm，不会对带负荷造成影响（见图二调门横担工作传动示意图）。
图一3号调门优化凸轮型线示意图


二3号调门横担工作传动示意图


6　处理后机组状况
自2002年9月底，对3号机3号调门凸轮型线优化消缺后，至今未发现卡涩现象，远控操纵及手动操作灵活；开停机正常；机组带负荷正常。通过加减负荷试验记录全过程中的油动机活塞下油压最高到1.66MPa，与计算的情况吻合。由此彻底消除了3号机调速系统长期存在卡涩和负荷突升的现象。证实我们对调速系统卡涩的处理是合理有效的。
7　结束语
（1）调速系统出现卡涩的原因很多，处理调速系统卡涩，首先要保证检修质量符合厂家设计要求；其次加强油质监督，保证油质合格合格的前提下，进行分析。
（2）玛电3号机的调速系统卡涩有独特之处，不同于以往出现的的卡涩情况。用常规检查和分析方法难以确定造成卡涩的真正原因。
（3）玛电3号机的调速系统卡涩处理解决的方法有较大的变化，不再是提高设备检修质量标准，恢复设备健康状况，而是进行设备改造，通过优化凸轮型线，避开出现问题的焦点，使设备能够充分发挥功能，又不出现卡涩。
（4）通过本次对3号机的调速系统卡涩的缺陷原因分析和处理，开拓了分析问题和处理解决问题的思路和方法，对今后的工作、问题的分析和处理提供有益的借鉴。
参考文献：
[1]北重100MW汽轮机设计图[调速汽门、油动机、凸轮配汽机构]
[2]北重100MW汽轮机调速系统图