陈坚

摘 要：东汽N600B-16.7/538/538汽轮机润滑油供油系统，集装油箱内的切换阀卡涩故障改造处理，为汽轮机组的安全稳定运行提供保障。

关键词：集装油箱；切换阀卡涩；分析

1 概述

汽轮发电机组是高速运转的大型机械，其支持轴承和推力轴承需要大量的油来润滑和冷却，因此汽轮机必须有供油系统用于保证上述装置的正常工作。

东汽N600B-16.7/538/538汽轮机润滑油供油系统中，常规设有两台100%板式冷油器，设计为一台运行，一台备用，根据汽轮发电机在设计冷却水温度（38℃）、面积余量为5%情况下的最大负荷设计，油路为并联，用了一个特殊的切换阀（集装在主油箱内）进行切换。采用切换阀作为两台板冷油器之间的切换设备，它具有操作简便，不会由于误动作，造成润滑油系统断油的特点。当运行着的冷油器结垢较严重，使冷油器出口油温偏高时，可以通过高速切换阀的切换位置，启动另一台冷油器，当冷油器的进、出口冷却水温超过设计值，而冷油器的出口油温超过最高允许温度时，还可通过高速切换阀的工作位置，使两台冷油器同时投运，满足系统供油要求。

切换阀由阀体、阀芯、压紧板手、手柄、密封架、止动块等零部件组成，切换阀的外型图（见图1），润滑油从切换阀下部入口进入，经冷油器冷却后，由切换阀上部出口进入轴承润滑油供油母管，阀芯所处的位置，决定了相应的冷油器投入状况，切换阀换向前，必须先将备用冷油器充满油，然后松动压紧板手柄，才能搬动手柄，进行切换操作，在切换阀内，密封架上设置了止动块，用以限制阀芯的转动，当手柄搬不动时，表明切换阀已处于切换后的正常位置，此时应压紧板手，使阀芯、手柄不得随意转动，当需要两台冷油器同时投入工作时，应将换向手柄搬到两面三刀极限位置的中间处，这样，润滑油可经阀芯分别进入两台冷油器。切换阀特性参数：

公称直径 250mm

工作压力 0.6MPa

最大工作温度 80℃

切换阀结构图（如图2）。

2 故障经过

2016年5月22日8：25分运行人员发现 #2机大机轴承润滑油入口油温达到45.5度（允许运行范围40-50℃），怀疑正在运行的2A板式冷却器冷却水流量不足换热效果差导致的油温升高，将板式冷却器冷却水出口阀全开，同时将2A大机冷油器冷却水出口管放水手动门、回水管路排空手动门打开，以此增大冷却水流量，增强板式冷却器的换热效果。11：45 #2机大机润滑油温涨至47.1度，启动备用的2A循泵进行双循环水泵运行，进一步增大板式冷却器的进出口冷却水流量，以期望油温上涨趋势得到遏制，与此同时准备投入备用冷油器，并列运行，进一步保证轴承润滑油温在额定范围内。

2016年5月22日15：00分运行人员开始进行冷油器的切换操作，（切换前1小时已开启A、B冷油器间的注油门进行注油充压），操作步骤为：（1）逆时针旋转压紧板手，松开压紧板手，同时将操作手轮垂直顶升至最高位置（提升阀芯），确认转动方向正确。（2）用阀门操作板钩把操作手轮旋转180度后，顺时针旋转压紧板手，压紧板手吃力紧固。操作期间主要观察测量阀芯有没有得到提升并旋转，观察A、B板式冷油器出口油温有无变化，在整个操作期间润滑油温无任何变化，经排除操作步骤无错误后一直重复上述切换动作，直至23时仍然未能完成冷油器的切换操作。

2016年5月23日9：00分，将切换阀密封架拆卸后检查，经检查发现切换阀与阀杆连接的空心圆柱销已被切断，切换阀阀芯不能提升，已无法进行切换。此后虽采取了多种冷却措施，但是还是出现连续多日冷油器润滑油出口油温超过50度，严重影响机组安全稳定运行，图3为板式冷油器出口油温曲线。

3 问题分析

（1）切换阀设计不合理：切换阀与油箱是集装式设计，安装在油箱内部，浸没在润滑油中，为了能进行有效切换，切换手轮安装在油箱上部，切换阀阀芯用连杆引至油箱上部与手轮连接进行切换操作。

（2）切换阀芯与油箱上部手轮操作阀杆采用铰接方式连接，铰件与切换阀只用一个Φ20*2.5空心不锈钢圆柱销连接（截面面积1.13cm2），两个操作人员使用阀门板钩施加的力为τ=500公斤力，该柱销承受的剪切力计算如下：

运行操作人员施加的力大于空心销柱的抗剪切力，所以该销柱强度不够，再考虑到阀体间摩擦力等因素，在操作过程中很容易把销柱剪断。

空心圆柱销是全部的力承载部件，其应力及变形直接影响操作结果，基于实际情况，以空心圆柱销为研究对象，运用有限元分析处理软件建立实体单元模型，得出以下模拟结果：

从图4中可以看出空心圆柱销的等效应力366.7MPa（标准不超154MPa）、安全系数0.56（标准为6）、及产生的变形位移值0.28mm（标准为0.1mm）均超过要求，需重新进行设计改进，方能使用。

（3）切换阀采用锥形结构，其底部小，上部大，密封面较宽，其原理是利用平面密封面间的相互作用来保证密封效果，该类型阀门密封面的比压值：

即正常运行时需旋转压紧板手用力将阀芯压至底部以达到密封效果，同时该阀门锥度较小φ=3°φ角较小，阀芯表面积比阀座表面积大，阀芯受热膨胀较快，较大，而阀座受热膨胀较慢，较小，温度变化时引起阀芯被卡死的现象，导致阀芯轴向提升困难，切换失效。

（4）切换阀上盖法兰与阀杆套筒为整体结构，一旦不锈钢柱销断裂，切换失效后运行中就没有任何办法处理。

（5）当切换阀处于无法切换状态时，备用冷油器无法投用，不能保证汽轮机组的安全稳定运行。

4 设计改进

（1）切换阀连接部位进行改造：一是重新制作连接件，连接件与切换阀连接端采用内六角结构，增大切换阀时的扭力接触面积。二是连接柱销改为实心结构，采用Φ22实心合金钢制作，并在阀体底部开孔引入润滑油压，作用于阀芯底部，以平衡两侧压差，减少机械提升对连接柱销的剪切力，避免柱销切断，如图5：

实心柱销抗剪切力计算：

该实心柱销抗剪切力完全能满足运行人员的操作力。

以实心圆柱销为研究对象，运用有限元分析处理软件建立实体单元模型，得出模拟结果，如表2、图6所示。

从图6中可以看出空心圆柱销的等效应力115MPa（标准不超154MPa）、安全系数9（标准为6）、及产生的变形位移值0.08mm（标准为0.1mm）均能满足要求。

阀芯接头处采用内六角接触连接，增加受力面积，以内六角面为对象，运用有限元分析处理软件建立实体单元模型，得出模拟结果，如表3、图7所示。

从图7中可以看出改型为内六角受力面后，阀芯承受10000N扭转力其变形和位移量很小仅0.001mm能很好的满足使用要求。

5 结束语

该切换阀经过改造后，进行切换操作试验，切换过程中轻松、平稳，说明该阀的技术处理是成功的，可靠的，值得推广应用。

参考文献

[1]厂家资料.D600B-765000ASM切换阀说明书[Z].

[2]陆培文.阀门设计入门与精通[Z].石家庄自动化技术公司，1991.

[3]《火力发电职业技能培训教材》編委会.汽轮机设备检修[M].中国电力出版社，2005.