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        1 機(jī)組概況
        國(guó)電九江發(fā)電廠4號(hào)機(jī)組為N21012.7/535/535型、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸、二排汽、凝汽式汽輪機(jī)，是上世紀(jì)80年代末制造的機(jī)組，于1992年9月投產(chǎn)運(yùn)行。機(jī)組原采用機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，2009年5月對(duì)4號(hào)機(jī)組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)進(jìn)行了純電調(diào)DEH改造。機(jī)組共有4只高壓調(diào)速汽閥（調(diào)節(jié)門），分成兩組，布置在高壓缸的左、右兩側(cè)，每一側(cè)的2只高壓調(diào)節(jié)門合用一個(gè)外殼并與主汽閥連接在一起。高壓調(diào)節(jié)門采用的是凸輪操縱式提升機(jī)構(gòu)，高壓油動(dòng)機(jī)通過(guò)其配汽杠桿的齒條帶動(dòng)齒輪、凸輪軸使凸輪旋轉(zhuǎn)，然后通過(guò)滾輪、杠桿、頂桿使滑架上下移動(dòng)，與滑架相連的心軸也上下移動(dòng)。高壓調(diào)節(jié)門用閥桿接合器（兩半接頭）與心軸相連，然后高壓調(diào)節(jié)門閥桿也隨著心桿移動(dòng)，以控制高壓調(diào)節(jié)門的開度。
        2 存在問(wèn)題
        4號(hào)機(jī)組自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，因1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的凸輪型線設(shè)計(jì)不合理，局部轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)壓力角較大，*大壓力角達(dá)到了40°（大于允許值30°），高壓調(diào)節(jié)門開啟中凸輪機(jī)構(gòu)易發(fā)生自鎖現(xiàn)象，出現(xiàn)明顯的卡澀。機(jī)組在中等負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷擺動(dòng)大，并且由于4只高壓調(diào)節(jié)門重疊度大造成機(jī)組在中、高負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行時(shí)，1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門節(jié)流損失大，使高壓缸效率降低，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性下降。1994年在制造廠幫助下，對(duì)4號(hào)機(jī)組的高壓調(diào)節(jié)門的凸輪型線進(jìn)行了改型設(shè)計(jì)，減小了壓力角，使特性曲線光滑，解決了運(yùn)行中高壓調(diào)節(jié)門開啟時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)易發(fā)生自鎖和機(jī)組運(yùn)行時(shí)負(fù)荷擺動(dòng)大的問(wèn)題。但是，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門與1號(hào)、2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的重疊度和重疊范圍仍很大，1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門在各種負(fù)荷下都不能開足，仍然存在較大的節(jié)流損失，在大流量下4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門與1號(hào)、2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門仍有5%左右的重疊度。機(jī)組帶140MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門前后壓差高達(dá)3.6MPa，帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)也達(dá)到0.8MPa，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性很差。    
        3 原因分析及解決措施
        原設(shè)計(jì)1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥*大開度均為33mm，預(yù)啟閥設(shè)計(jì)行程均為7mm，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，實(shí)際運(yùn)行中3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟時(shí)對(duì)應(yīng)的1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為17.4mm。4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟時(shí)對(duì)應(yīng)的1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為29.2mm，對(duì)應(yīng)的3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟行程為10.7mm。1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為33mm時(shí)，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為24.2mm，4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥行程為10.6mm。根據(jù)以上情況可知，雖然1994年的凸輪型線進(jìn)行了改型設(shè)計(jì)，但仍存在上述節(jié)流損失大的問(wèn)題。
        通過(guò)分析可采取以下措施：
        （1）減小高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥的行程可增大1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥在高負(fù)荷區(qū)的有效開度，并減小節(jié)流損失。把預(yù)啟閥的行程由7mm減小至5mm，主閥有效開度可增加2mm，在凸輪轉(zhuǎn)角100°時(shí)的開度可達(dá)到原設(shè)計(jì)110°時(shí)對(duì)應(yīng)的開度，對(duì)機(jī)組在高負(fù)荷區(qū)減小1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門節(jié)流損失有利。在1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程減小后，還部分減小了高壓調(diào)節(jié)門重疊度，有利于高壓調(diào)節(jié)門在大行程范圍的穩(wěn)定性。具體措施是卸下預(yù)啟閥的壓緊蓋，并在下部車削去掉2mm，回裝時(shí)重新配螺絲孔。
        （2）在滿足高壓調(diào)節(jié)門重疊度、機(jī)組輸出功率要求、調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程調(diào)整及提升力特性要求下，重新設(shè)計(jì)4只凸輪型線。新凸輪加大了凸輪外圓直徑，其型線由多段圓弧組成，即由凸輪基圓、與滾輪同徑的起始圓弧段、半徑不同的多個(gè)圓弧段組成。新凸輪型線由半徑為40mm、60mm、80mm、120mm、130mm、140mm、150mm、156mm、160mm等九段圓弧組成。在凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)既考慮了1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程已調(diào)小的因素，也考慮了4號(hào)與3號(hào)調(diào)節(jié)門、3號(hào)調(diào)節(jié)門與1號(hào)和2號(hào)調(diào)節(jié)門開度間的相對(duì)關(guān)系，故各凸輪的鍵槽位置未改變。
        （3）改造后的凸輪，在靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)根據(jù)需要適當(dāng)加厚了油動(dòng)機(jī)齒條連桿之間的墊子。
        4 改進(jìn)效果
        經(jīng)改造后效果如下：
        （1）凸輪機(jī)構(gòu)改進(jìn)前后的設(shè)計(jì)特性比較見(jiàn)圖1。

        圖1 凸輪型線改進(jìn)前后尺寸圖

        由圖1可見(jiàn)，1號(hào)和2號(hào)調(diào)節(jié)門特性曲線較原設(shè)計(jì)平滑，并使其對(duì)應(yīng)的開度增加，3號(hào)調(diào)節(jié)門特性曲線也比原設(shè)計(jì)平滑，并提前開啟，4號(hào)調(diào)節(jié)門特性曲線開啟推遲。
        （2）高壓調(diào)節(jié)門改進(jìn)前后特性比較見(jiàn)表1。

        表1 高壓調(diào)節(jié)門改進(jìn)前后特性比較

        由表1可見(jiàn)，改進(jìn)后1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥*大行程為38mm。在3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟時(shí)，對(duì)應(yīng)的1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥行程為25.1mm；4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟時(shí)，對(duì)應(yīng)的1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥行程為37.8mm，對(duì)應(yīng)的3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥行程為18.8mm。1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為33mm時(shí)，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為7.2mm，4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥行程為0。1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的主閥行程為38mm時(shí)，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為21.9mm，4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為3mm。由此可見(jiàn)，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門與1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門、4號(hào)與3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門間的重疊度和重疊范圍明顯減小。改進(jìn)后從高壓調(diào)節(jié)門開啟的相對(duì)關(guān)系看，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟對(duì)應(yīng)的1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥的開啟推遲了7.7mm，4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟對(duì)應(yīng)的3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟推遲了8.3mm，有效地解決了機(jī)組高壓調(diào)節(jié)門重疊度和重疊范圍大的問(wèn)題，可降低高壓調(diào)節(jié)門節(jié)流損失。
        （3）1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程調(diào)整后，油動(dòng)機(jī)提升力系數(shù)在設(shè)計(jì)規(guī)范要求的1.7~1.9倍范圍內(nèi)。
        （4）1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程調(diào)小后，在主閥開啟時(shí)，門桿*小截面處的拉力雖然增大了，但由于門桿的極限強(qiáng)度為500MPa，壓力集中系數(shù)為2，疲勞系數(shù)為2.6，故仍有足夠的安全裕度。
        （5）1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程調(diào)整后，提高了大開度下的穩(wěn)定性。
        （6）凸輪型線改進(jìn)后，在整個(gè)行程范圍內(nèi)，凸輪壓力角處于正常范圍內(nèi)，高壓調(diào)節(jié)門的流量特性平滑，主汽流量與凸輪轉(zhuǎn)角關(guān)系平滑，調(diào)節(jié)特性良好。
        （7）改進(jìn)后高壓調(diào)節(jié)門實(shí)際通流能力基本達(dá)到了改進(jìn)前機(jī)組的通流能力，可滿足機(jī)組的*大輸出功率及夏季工況*大輸出功率要求。
        5 結(jié)語(yǔ)
        改進(jìn)后對(duì)4號(hào)機(jī)組進(jìn)行的熱力試驗(yàn)結(jié)果，3號(hào)高壓調(diào)節(jié)門與1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的重疊度由改進(jìn)前20%~25%下降至10%左右，滿負(fù)荷下1號(hào)和2號(hào)高壓調(diào)節(jié)門的壓損由0.8MPa下降到0.4MPa。機(jī)組在160~210MW負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，高壓缸平均效率提高了1.1%，標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降了1.2g/（kW•h），機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性明顯提高。