汽轮机PG-PL调速器的振荡原因分析

汽轮机PG-PL调速器的振荡原因分析
徐鑫金
【摘要】对627 kW汽轮机PG-PL型调速器出现剧烈振荡的问题进行分析，认为造成振荡的原因是配汽机构与调速系统不匹配，配汽机构存在主汽阀零点未对准问题，调节时汽阀线性改变。

采取了相应的技术措施后，振荡故障消除。

%The problem of intense oscillation of 627 kW turbine PG-PL governor was analyzed. The causes for the oscillation was believed that mismatching happened between the steam distribution system and the speed governing system , misalignment at the main steam valve’s zero point of steam distribution mechanism existed,and the linear change of steam valve happened during adjustment. The technical measures were adopted and the oscillation problem was eliminated.
【期刊名称】《炼油与化工》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】3页(P42-43,44)
【关键词】汽轮机;PG-PL调速器;振荡故障;分析处理
【作者】徐鑫金
【作者单位】大庆石化公司化肥厂，黑龙江大庆163714
【正文语种】中文
【中图分类】TK26
某化肥厂尿素装置高压甲铵泵P501是从日本EBARA公司引进的
125×100SSP6T型垂直剖分式离心泵，其调速系统采用伍德沃德公司生产的PGPL型机械离心液压调速器通过其动力缸的伺服活塞输出液压信号。

带动整个连杆系统的联动，前后移动杠杆，打开或关闭主汽阀，并根据调速器动力缸伺服活塞的负载来调节进入的蒸汽量来控制汽轮机转速［1］。

PG-PL调速器驱动轴速度为730～900 r/min，调节空气压力为0.02～0.1 MPa。

2006年9月检修后，其PG-PL调速器在转速5 900～6 150 r/min时存在间歇式振荡。

2007年曾造成调节汽阀阀杆断裂停机。

2010年该汽轮机在运行中调速器
动力活塞带动连杆作用于主汽阀频繁振荡加剧，一开一关，频率50次/min，转速波动范围最高达400 r/min以上，严重影响机组的稳定运行。

1.1 工艺状况的影响
P501透平工艺流程见图1。

PG-PL调速器控制风压信号由DCS上转速控制器SIC3261（OP）控制，实际转
速由现场转速探头测量后SIC3261（PV）显示。

实际操作中SIC3261阀位（OP）与P501透平入口蒸汽流量FI9100在1 h内趋于平稳，SIC3261（PV）在6 040～6 350 r/min范围内波动，而背压蒸汽管网压力PIC918趋于平稳，排除
PIC918的影响。

调速器振荡时参数变化见表1。

从表1可以看出，P501透平的转速在6 040～6 350 r/min波动时，PG-PL主汽阀阀前压力PI001与阀后压力PI002都存在大幅度波动，主要是因为调速器主汽
阀一直在一开一关的振荡造成的，透平入口管线蒸汽为电厂送出，压力、流量、温度都稳定，因此排除入口蒸汽的影响［2］。

1.2 调节汽阀零点
PG-PL调速器是通过连杆将动力活塞行程放大后作用于主汽阀，从而控制进汽量
来稳定汽轮机转速的，因此连杆与主汽阀阀杆连接时的零点位置的影响整个调速系统的性能。

连接时若主汽阀被拉出过多，则在运行时主汽阀调节的线性不好，调节时进汽量过大，导致透平转速升高速度与PG-PL调速器缓冲活塞油压平衡的速度
不匹配，产生振荡。

若主汽阀与连杆连接时没有留出热膨胀量，则在运行时主汽阀热膨胀会导致主汽阀阀杆被顶弯或密封面损坏，因此必须确定主汽阀的零点［3］。

（1）确定PG-PL主汽阀全行程
将连杆和主汽阀阀杆断开，以主汽阀填料压盖为基础点，将主汽阀全拉出来距离为（阀全开）49.6 mm，全伸进去距离为（阀全关）20.3 mm，则主汽阀全行程为29.3 mm。

（2）确定调速器动力活塞全行程
将透平与汽轮机联轴节、连杆与调速器动力活塞拉杆断开，以动力活塞拉杆填料函为基础点，在透平单机试跳未达到调速器整定转速时测得调速器动力活塞杆全拉进去（对应主汽阀全开）距离为26 mm，超过调速器整定转速时测得调速器活塞杆全伸出来（对应主汽阀全关）距离为52.3 mm，调速器动力活塞总行程为26.3 mm。

（3）计算主汽阀的热膨胀量
主汽阀材质为15CrMo，材质的线膨胀系数α为0.000 013 5，主汽阀密封面至
填料函外侧压盖长度L1为267 mm，温差为△t为360℃，则膨胀量△L=
αL1△t=1.3 mm。

（4）主汽阀阀杆与连杆连接零点的确定
测量连杆长度和支点位置见图2。

调速器行程与主汽阀行程成比例，调速器总行程26.3 mm时，对应主汽阀行程为17.5 mm，则停机（室温下20℃）连接时，调速器动力活塞杆全伸出，调节连接螺栓，保证主汽阀开度为18.8 mm，而检修前此状态下主汽阀开度为23.1 mm，
开度过大，改变了调节汽阀调节的线性，导致主汽阀开度大小与调速器不匹配，产生振荡。

1.3 更换连杆销
调速器连杆销共有3个，为了保证调速系统的及时可靠性，提高转速响应的速率，必须保证连杆销连接可靠，连杆销磨损间隙超标后会造成调速器动力活塞输出无法有效的通过连杆传递给主汽阀，开关过程中连杆容易产生无效的位移，造成整个调速系统迟缓率过大，转速调整不及时，容易产生间隙式振荡。

为此2010年大修时对3个连杆销进行了更换，但运行时转速波动仍然存在，因此排除连杆销的影响。

1.4 更换调速器
为了排除调速器内部故障造成的转速振荡，2010年大修时更换了1台新购的同型号PG-PL调速器，安装运行后转速振荡仍然存在。

2011年又更换了送至厂家维
修和试验过的调速器，安装运行后转速振荡仍然存在，因此排除了调速器内部本身设备故障。

1.5 补偿针阀开度调整
如果补偿针阀开度调节不合适，速度增加时，缓冲活塞油压平衡速度将与飞锤离心力增加的速度不相同，速度减少时，缓冲活塞油压平衡的速度与飞锤离心力减少的速度不相同，会导致导阀柱塞不断地上下移动，控制块上下移动造成压力油与缓冲活塞腔时而接通，时而缓冲活塞腔与回油接通，缓冲活塞不断地左右移动，动力缸活塞不断开关，带动外连杆与主汽阀产生振荡，转速波动。

P501调速器为不带负载弹簧的PG-PL调速器，其补偿针阀设定范围开度为1/16圈～2圈之间，在不振动的情况下，针阀开度越大越好。

振荡时不断关小调速器针阀至允许最小开度（1/16圈）和开大针阀至允许最大开度（2圈）对振荡振幅没
有明显影响，振荡仍然存在，因此排除补偿针阀开度不合适的影响［4］。

1.6 调速汽阀本身缺陷的影响
汽轮机负荷调整最后表现为调速汽门开度的改变，因而系统摆动的重要标志是调速汽门开度的上下波动，所以要保证调速系统的稳定。

必须要求配汽机构能良好地工作。

有许多调速系统摆动的情况是由于配汽机构的缺陷造成的。

如随着机组运行年限的不断增加，由于汽流冲刷、频繁打闸，使得调速汽门门芯与门座上出现不同程度的小坑和通沟等，调速汽门是靠门芯与门座相接触的圆形宽带（即型线）来密封的，因此若这些缺陷出现于门芯与门座的型线处。

会造成调速汽门的漏汽现象，从而使机组转速无法稳定。

检修时对主汽阀阀头和阀座密封面进行检查，未发现异常。

经分析及排查，结合调速器在其调速范围内都出现动力活塞带动连杆作用于汽阀频繁振荡，但汽轮机空试时（不带负荷）没出现振荡的情况，认为造成振荡的原因是配汽机构与调速系统不匹配，配汽机构主要存在主汽阀零点未对准，调节时汽阀线性改变，为此在振荡出现后，采用将P501透平入口蒸汽截至阀由全开关至振荡消除。

开度约1-2圈时（全开时9圈），振荡消除，关阀消除振荡前后各项参数对
比（见表1），可以看出关入口蒸汽截止阀后，调速器主汽阀阀前压力由4.0 MPa 降低至3.85 MPa，蒸汽压力降低，同负荷及同样转速下主汽阀开度会加大，主汽阀同行程下提升透平转速速率降低，提高了配汽机构的迟缓率，使之与调速器相适应。

2012年大检修期间，重新对调节汽阀零点进行了调整，同时在透平入口蒸汽截止阀后安装了限流孔板，规格为Φ260×30、δ=20，透平运行后入口蒸汽截止阀全开，PG-PL调速器振荡消除，运行至今未发生振荡。

P501是尿素装置中压系统的关键设备，其运行状况直接制约着中压系统的稳定运行，调速器振荡故障出现后，不必停泵检修，只需关小透平入口蒸汽截止阀就可以将振荡消除。

避免了频繁振荡造成汽阀阀杆断裂等其他设备损坏事故，同时也避免了因停泵检修致使中压系统的停运造成的损失。

振荡原因确定为配汽机构与调速系统不匹配后，通过入口蒸汽管线安装孔板降低蒸汽压力的方法彻底解决了PG-PL
调速器振荡的问题。

【相关文献】
［1］于达仁，徐基豫，朱苏里，等.PG-PL调速器控制的小汽轮机振荡故障机理分析［J］.热能动
力工程，1994（1）：37-41.
［2］Woodward调速器公司.PG-PL调速器使用与维护说明［M］.北京：［出版者不详］，1977：15-17.
［3］成大先.机械设计手册（第一卷）［M］.北京：化学工业出版社，2007：6-10.
［4］严慧萍，蒋湘佺.WOODWARD PG-PL调速器的维护和调试［J］.液压与气动，2002（12）：25-27.。