300MW汽轮机组高压调节汽门油动机降温发行方案

     大坝发电厂3号、4号汽轮机组为上海汽轮机厂生产的引进型机组，型号为N300-16.7/538/538，亚临界一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、凝汽式。调节系统采用上海新华电站控制工程有限公司引进技术生产的DEH数字式电液控制系统。
1  存在问题
       自1997年3号、4号机组投产以来，EH系统突出问题为1号~6号高压调节汽门(以下简称高调门)油动机缸体温度过高。由此产生的后果是:(1)造成油缸上部密封圈损坏，油缸漏油，使油动机的检修周期大大缩短，检修费用增加，严重影响机组的安全性、经济性。(2)3号、4号机组EH系统高调门油动机均为单侧进油式油动机，使用美国AKZO公司生产的合成磷酸脂高压抗燃油(油压＞llMPa)，正常运行时油温在 40℃~55℃之间，油缸上部回油流动缓慢。因缸体温度过高，致使油缸上部抗燃油烧结积碳，使EH油系统中颗粒杂质增加，造成作为控制系统核心部件的电液伺服阀频繁堵塞，使调门摆动或拒动，对机组的安全、稳定运行造成严重威胁。
2  现场调查及改进思路
2.1  现场调查
      3号、4号机高调门油动机改造前结构如图1所不。
                       
    表1是3号机负荷为300MW，抗燃油温度为45℃，高调门油动机改造前运行时各点的温度测量值。测点位置如图2所示。由表1可见:在机组正常运行状态下，各个高调门油动机缸体温度己经很高，远远超过正常运行时对油温的要求，致使其内部流动缓慢的EH系统抗燃油烧结积碳，大量的杂质颗粒进入系统，堵塞伺服阀，造成负荷波动，影响机组安全运行；同时缸体温度过高，致使活塞杆轴向密封圈老化失效，造成搞燃油泄漏。
                         
2.2  改进思路
   根据现场调查以及与同类型的电厂交流相关信息，发现电厂较普遍地存在该问题，较为严重的甚至因油缸漏油造成机组停用。可见，国产300MW机组高调门油动机温度过高问题已成为严重影响机组安全运行并普遍存在的重大设备故障。
    通过系统的调查、分析发现:(1)造成油动机缸体温度过高的主要原因是其安装位置距离高调门壳体较近，以热传导和热辐射的方式通过高调门座架及与油动机相连的支架将热量传递给油动机所致;(2)3号、4号机的高调门油动机为单侧进油式油动机，油动机活塞下部为高压油，活塞上部为回油口。正常运行时，通过高压油作用在活塞下部，便油动机经杠杆带动调门向上开启;关闭时泄放油缸下部压力油，通过调门上部弹簧关闭调门。为避免调门关闭时回油管路过载，部分压力油回至油动机活塞上部。因此，油动机活塞上部油液流动缓慢，当缸体温度升高时，此处油液容易烧结积碳，形成大的杂质颗粒，堵塞伺服阀。
    因此，为了有效地降低油动机缸体温度，应设法降低高调门壳体的热传导和热辐射，并加快活塞上部油液流动。
3  改造力案
   (1)在油动机上端盖加装冷却水套，其具体安装位置及冷却水的循环如图2、图3所示。冷却水套及所用冷却水管均为不锈钢材质，冷却水源为水质较好且压力较高的凝结水，这样，可防止杂物堵塞冷却水管劝口快水流速度，提高冷却效率。加之，冷却水套较厚，进出水接头均采用"O"型橡胶密封圈密封，有效地防止了冷却水的泄漏。通过冷却水套中冷却水的循环，减少了高调可壳体传递给油动机的热量。
                   
                  
    (2)冷却水套首先使高调门壳体通过热传导传递给油缸的热量直接被循环冷却水带走，避免了缸体温度升高;其次，水套冷却直接作用在油动机上端盖处，降低了铜衬套与活塞杆密封圈处温度，防止了密封圈老化失效，抗燃油泄漏;此外，由于安装位置空间有限，油动机支架可用面积较小，若将水套安装在支架上，既不便于安装，又降低了支架刚性，现将冷却水套与联接油动机的上端盖相接触，降低了油缸温度，减少了热量传递。
    (3)活塞上部油液流动缓慢，而高调门壳体向油动机传递高温热量，油液容易在油动机活塞上部烧结积碳，为此在油动机活塞杆下端部加工一孔道，并安装一个d0.6mm的节流孔，活塞下部压力油经节流孔由活塞上部的孔道出口流出，加快了油液的流动，降低了油液温度，防止了活塞上部因油液流动缓慢造成烧结积碳;此节流孔的安装，既使压力油能进人活塞上部，带动油液流动;又因节流孔径较小，避免了压力油泄漏过大而使系统出现油压波动的现象。
    节流孔流量计算:活塞处的节流孔d=0.6mm，压力ρ=l4MPa，油的密度ρ=1020kg/m³，取流量系数Cd=0.62，小孔流量Q=Cdπd²/4(2×P/ρ)^1/2，单台油动机压力油泄漏量: 
      Q=C0.62×π×(0.6×10^-3)²/4×(2×140×10⁵/1020)^1/2
         =1.75×10^-7×166=2.9×10^-5(m³/S)
         =1.74ι/min
6台油动机的节流孔总泄漏油量:1.74×6=10.4 l/min远小于EH油泵排量，所以此节流孔对系统压力、流量无明显影响。改进后的油动机结构如图4。
                           
                     
    表2表明，油动机改造后1号~6号油动机油缸的温度均有大幅度下降，测点1的支架温度下降至80℃以下，测点3的缸体温度降至70℃以下，而发行前，测点1温度在160℃~193℃，测点3温度在76℃~133℃之间。可见，油动机改造取得了显著的效果。
4  改造效果
    2003年9月，利用3号机组大修的时间，对高调门油动机进行了改造，并对改造效果进行了跟踪检测，温度测量数据如表2所示。表2为3号机油动机改造后机组负荷为300MW，冷却水温为37℃~42℃，水压为1.lMPa正常运行时，高调门油动机及支架各点在2003年9月至2004年2月期间每月的温度测量数据。
5  结   语
    油动机加装冷却水套的改造方案，为国内同类型机组中首次应用。通过改造，提高了机组的安全性、稳定性，延长了设备检修周期，节省了检修费用，并为国内其它同类型设备的改造提供了应用经验。