陳堅(jiān)

摘 要：東汽N600B-16.7/538/538汽輪機(jī)潤(rùn)滑油供油系統(tǒng)，集裝油箱內(nèi)的切換閥卡澀故障改造處理，為汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：集裝油箱；切換閥卡澀；分析

1 概述

汽輪發(fā)電機(jī)組是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大型機(jī)械，其支持軸承和推力軸承需要大量的油來潤(rùn)滑和冷卻，因此汽輪機(jī)必須有供油系統(tǒng)用于保證上述裝置的正常工作。

東汽N600B-16.7/538/538汽輪機(jī)潤(rùn)滑油供油系統(tǒng)中，常規(guī)設(shè)有兩臺(tái)100%板式冷油器，設(shè)計(jì)為一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)冷卻水溫度（38℃）、面積余量為5%情況下的最大負(fù)荷設(shè)計(jì)，油路為并聯(lián)，用了一個(gè)特殊的切換閥（集裝在主油箱內(nèi)）進(jìn)行切換。采用切換閥作為兩臺(tái)板冷油器之間的切換設(shè)備，它具有操作簡(jiǎn)便，不會(huì)由于誤動(dòng)作，造成潤(rùn)滑油系統(tǒng)斷油的特點(diǎn)。當(dāng)運(yùn)行著的冷油器結(jié)垢較嚴(yán)重，使冷油器出口油溫偏高時(shí)，可以通過高速切換閥的切換位置，啟動(dòng)另一臺(tái)冷油器，當(dāng)冷油器的進(jìn)、出口冷卻水溫超過設(shè)計(jì)值，而冷油器的出口油溫超過最高允許溫度時(shí)，還可通過高速切換閥的工作位置，使兩臺(tái)冷油器同時(shí)投運(yùn)，滿足系統(tǒng)供油要求。

切換閥由閥體、閥芯、壓緊板手、手柄、密封架、止動(dòng)塊等零部件組成，切換閥的外型圖（見圖1），潤(rùn)滑油從切換閥下部入口進(jìn)入，經(jīng)冷油器冷卻后，由切換閥上部出口進(jìn)入軸承潤(rùn)滑油供油母管，閥芯所處的位置，決定了相應(yīng)的冷油器投入狀況，切換閥換向前，必須先將備用冷油器充滿油，然后松動(dòng)壓緊板手柄，才能搬動(dòng)手柄，進(jìn)行切換操作，在切換閥內(nèi)，密封架上設(shè)置了止動(dòng)塊，用以限制閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)手柄搬不動(dòng)時(shí)，表明切換閥已處于切換后的正常位置，此時(shí)應(yīng)壓緊板手，使閥芯、手柄不得隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)需要兩臺(tái)冷油器同時(shí)投入工作時(shí)，應(yīng)將換向手柄搬到兩面三刀極限位置的中間處，這樣，潤(rùn)滑油可經(jīng)閥芯分別進(jìn)入兩臺(tái)冷油器。切換閥特性參數(shù)：

公稱直徑 250mm

工作壓力 0.6MPa

最大工作溫度 80℃

切換閥結(jié)構(gòu)圖（如圖2）。

2 故障經(jīng)過

2016年5月22日8：25分運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn) #2機(jī)大機(jī)軸承潤(rùn)滑油入口油溫達(dá)到45.5度（允許運(yùn)行范圍40-50℃），懷疑正在運(yùn)行的2A板式冷卻器冷卻水流量不足換熱效果差導(dǎo)致的油溫升高，將板式冷卻器冷卻水出口閥全開，同時(shí)將2A大機(jī)冷油器冷卻水出口管放水手動(dòng)門、回水管路排空手動(dòng)門打開，以此增大冷卻水流量，增強(qiáng)板式冷卻器的換熱效果。11：45 #2機(jī)大機(jī)潤(rùn)滑油溫漲至47.1度，啟動(dòng)備用的2A循泵進(jìn)行雙循環(huán)水泵運(yùn)行，進(jìn)一步增大板式冷卻器的進(jìn)出口冷卻水流量，以期望油溫上漲趨勢(shì)得到遏制，與此同時(shí)準(zhǔn)備投入備用冷油器，并列運(yùn)行，進(jìn)一步保證軸承潤(rùn)滑油溫在額定范圍內(nèi)。

2016年5月22日15：00分運(yùn)行人員開始進(jìn)行冷油器的切換操作，（切換前1小時(shí)已開啟A、B冷油器間的注油門進(jìn)行注油充壓），操作步驟為：（1）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)壓緊板手，松開壓緊板手，同時(shí)將操作手輪垂直頂升至最高位置（提升閥芯），確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向正確。（2）用閥門操作板鉤把操作手輪旋轉(zhuǎn)180度后，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)壓緊板手，壓緊板手吃力緊固。操作期間主要觀察測(cè)量閥芯有沒有得到提升并旋轉(zhuǎn)，觀察A、B板式冷油器出口油溫有無變化，在整個(gè)操作期間潤(rùn)滑油溫?zé)o任何變化，經(jīng)排除操作步驟無錯(cuò)誤后一直重復(fù)上述切換動(dòng)作，直至23時(shí)仍然未能完成冷油器的切換操作。

2016年5月23日9：00分，將切換閥密封架拆卸后檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)切換閥與閥桿連接的空心圓柱銷已被切斷，切換閥閥芯不能提升，已無法進(jìn)行切換。此后雖采取了多種冷卻措施，但是還是出現(xiàn)連續(xù)多日冷油器潤(rùn)滑油出口油溫超過50度，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，圖3為板式冷油器出口油溫曲線。

3 問題分析

（1）切換閥設(shè)計(jì)不合理：切換閥與油箱是集裝式設(shè)計(jì)，安裝在油箱內(nèi)部，浸沒在潤(rùn)滑油中，為了能進(jìn)行有效切換，切換手輪安裝在油箱上部，切換閥閥芯用連桿引至油箱上部與手輪連接進(jìn)行切換操作。

（2）切換閥芯與油箱上部手輪操作閥桿采用鉸接方式連接，鉸件與切換閥只用一個(gè)Φ20*2.5空心不銹鋼圓柱銷連接（截面面積1.13cm2），兩個(gè)操作人員使用閥門板鉤施加的力為τ=500公斤力，該柱銷承受的剪切力計(jì)算如下：

運(yùn)行操作人員施加的力大于空心銷柱的抗剪切力，所以該銷柱強(qiáng)度不夠，再考慮到閥體間摩擦力等因素，在操作過程中很容易把銷柱剪斷。

空心圓柱銷是全部的力承載部件，其應(yīng)力及變形直接影響操作結(jié)果，基于實(shí)際情況，以空心圓柱銷為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元分析處理軟件建立實(shí)體單元模型，得出以下模擬結(jié)果：

從圖4中可以看出空心圓柱銷的等效應(yīng)力366.7MPa（標(biāo)準(zhǔn)不超154MPa）、安全系數(shù)0.56（標(biāo)準(zhǔn)為6）、及產(chǎn)生的變形位移值0.28mm（標(biāo)準(zhǔn)為0.1mm）均超過要求，需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，方能使用。

（3）切換閥采用錐形結(jié)構(gòu)，其底部小，上部大，密封面較寬，其原理是利用平面密封面間的相互作用來保證密封效果，該類型閥門密封面的比壓值：

即正常運(yùn)行時(shí)需旋轉(zhuǎn)壓緊板手用力將閥芯壓至底部以達(dá)到密封效果，同時(shí)該閥門錐度較小φ=3°φ角較小，閥芯表面積比閥座表面積大，閥芯受熱膨脹較快，較大，而閥座受熱膨脹較慢，較小，溫度變化時(shí)引起閥芯被卡死的現(xiàn)象，導(dǎo)致閥芯軸向提升困難，切換失效。

（4）切換閥上蓋法蘭與閥桿套筒為整體結(jié)構(gòu)，一旦不銹鋼柱銷斷裂，切換失效后運(yùn)行中就沒有任何辦法處理。

（5）當(dāng)切換閥處于無法切換狀態(tài)時(shí)，備用冷油器無法投用，不能保證汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 設(shè)計(jì)改進(jìn)

（1）切換閥連接部位進(jìn)行改造：一是重新制作連接件，連接件與切換閥連接端采用內(nèi)六角結(jié)構(gòu)，增大切換閥時(shí)的扭力接觸面積。二是連接柱銷改為實(shí)心結(jié)構(gòu)，采用Φ22實(shí)心合金鋼制作，并在閥體底部開孔引入潤(rùn)滑油壓，作用于閥芯底部，以平衡兩側(cè)壓差，減少機(jī)械提升對(duì)連接柱銷的剪切力，避免柱銷切斷，如圖5：

實(shí)心柱銷抗剪切力計(jì)算：

該實(shí)心柱銷抗剪切力完全能滿足運(yùn)行人員的操作力。

以實(shí)心圓柱銷為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元分析處理軟件建立實(shí)體單元模型，得出模擬結(jié)果，如表2、圖6所示。

從圖6中可以看出空心圓柱銷的等效應(yīng)力115MPa（標(biāo)準(zhǔn)不超154MPa）、安全系數(shù)9（標(biāo)準(zhǔn)為6）、及產(chǎn)生的變形位移值0.08mm（標(biāo)準(zhǔn)為0.1mm）均能滿足要求。

閥芯接頭處采用內(nèi)六角接觸連接，增加受力面積，以內(nèi)六角面為對(duì)象，運(yùn)用有限元分析處理軟件建立實(shí)體單元模型，得出模擬結(jié)果，如表3、圖7所示。

從圖7中可以看出改型為內(nèi)六角受力面后，閥芯承受10000N扭轉(zhuǎn)力其變形和位移量很小僅0.001mm能很好的滿足使用要求。

5 結(jié)束語

該切換閥經(jīng)過改造后，進(jìn)行切換操作試驗(yàn)，切換過程中輕松、平穩(wěn)，說明該閥的技術(shù)處理是成功的，可靠的，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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