锥度切换装置在汽轮机润滑油在线切换过程中的应用

GXF360 2017-05-29

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锥度切换装置在汽轮机润滑油在线切换过程中的应用

宋大高

（常州思源电力设备有限公司，江苏常州 213125）

摘要：汽轮机润滑油系统在汽轮机安全运行中担负着至关重要的作用，一旦供油系统出现断油现象，就会给机组运行造成极大的影响，比如烧坏轴瓦，使机组无法运行。为了使机组能够安全、可靠长时间运行，汽轮机润滑油系统一般设计两套润滑油供油回路，两套互为备用，目前这两套共供油系统一般采用六通切换阀切换。目前常用六通切换阀存在造成使汽轮机断油的风险，基于此，需要一种新型结构安全可靠的润滑油在线切换装置，可以极大降低该风险。

关键词：汽轮机；润滑油系统；切换阀

双鸭山某电厂汽轮发电机组在正常运行中突然出现主机跳闸事故，后查明原因发生该事故主要原因是由于汽轮机润滑油系统切换装置使用的板式切换阀（该阀的主要工作原理是通过切换手柄带动凸轮从而推动阀板对主、备用冷油器进行在线切换）在使用过程中出现阀板连接部件脱落，导致本该与进出油口脱开的阀板堵死工作油口，造成供油管道断油。

在吕四某电厂也发生过该类阀门密封件经常脱落造成管路内漏，给机组检修工作带来诸多不便。为尽可能的减少该类事故的发生，有必要采用一种全新内结构的润滑油切换装置，该装置在根本上能够杜绝此类事故的发生。

1 目前各类切换装置实用性对比

1.1 使用六只传统闸阀

优点在于：维护简单。缺点为：压力波动大、需要多名工人同时操作工作量大、占用空间大。

1.2 阀板式六通切换阀

该阀门主要优点为：切换压力波动小、切换力矩小。缺点为：零部件繁多、结构复杂、密封圈容易脱落造成内漏、阀板容易脱落造成油路断油，烧坏轴瓦甚至主机跳闸。

1.3 双联球阀

该阀门结构为两只球阀串联一起，依靠涡轮蜗杆换向切换，其优点在于：压力波动小；缺点为：切换时间长、密封件老化、造价高。

图1

图2

图3

图4

图5

2 锥度切换装置原理介绍

本装置使用简单的锥度面密封，即阀芯与阀体均为相同锥度，依靠两者锥度面完全接触实现独立油路密封空间，切换时依靠逆时针旋转提升手柄，通过提升螺杆提升依靠销轴与阀芯连接的提升套使阀芯与阀体锥度脱开一定距离，再旋转切换手柄，使阀芯工作腔切换到需要工作的位置，即可完成油路工作腔的转换，最后再通过提升手柄顺时针旋转提升螺杆将阀芯与阀体锥度面在此吻合，重新起到密封作用。

图6

使用时：只需将提升手柄（1）逆时针旋转通过安装在提升架（2）上的提升螺杆（11）的旋转提升力使阀芯（5）提起与阀体（4）腔内部锥度脱开（此时腔体内部润滑油北双道密封圈（10）密封不会泄露），即可转换切换手柄（12），切换手柄（12）带动独体阀芯（5）旋转到阀芯限位块（9），即可停止，并顺时针旋紧提升手柄（1），再次使阀芯（5）与阀体（4）紧密接触起到密封作用。即完成了装置工作位置的转换，操作便捷。

3 设计与实现

如图1～5所示的是一种汽轮机润滑油系统在线切换装置，包括阀体1、上端盖2、下端盖3、两组三通孔4、锥状阀芯5、设置在阀体1上端的提升组件和切换组件；阀体1上端固定上端盖2，阀体1下端固定下端盖3，两组三通孔4上下独立设置在阀体1中，两组三通孔4中通孔均设置在阀体1相邻三个侧面上，锥状阀芯5穿过上端盖2后垂直插设在阀体1内两组三通孔4中；提升组件包括提升手柄6、提升架7、提升螺杆8、固定块9和螺杆提升限位套10，提升架7两端固定设置在上端盖2上，提升螺杆8螺纹连接在提升架7中部，提升螺杆8上端固定提升手柄6，提升螺杆8下端插设在螺杆提升限位套10中后通过端部固定块9固定；螺杆提升限位套10下部通过横向销钉11固定连接锥状阀芯5端部；切换组件包括切换手柄12、阀芯限位块13和阀座限位块14，切换手柄12端部固定连接在螺杆提升限位套10上，阀芯限位块13和阀座限位块14均为截面呈矩形的弧状结构，阀座限位块14固定设置在上端盖2中部下端两侧；阀芯限位块13固定设置在对应阀座限位块14高度位置的锥状阀芯5外表面上。

其中，锥状阀芯5与上端盖2连接处还设置密封组件15。密封组件15为双道密封圈，双道密封圈之间间隙为10～20mm。下端盖3中部设置阀芯孔16，锥状阀芯5下端固定设置定位块17，定位块17活动插设在阀芯孔16中。下端盖3下端还设置盖板18，盖板18中部开孔。阀体1上相邻三个侧面上通孔外侧还安装法兰19。

如图3所示，切换手柄12可以转动到位置1和位置2来实现其切换效果；图6是在切换手柄12分别在位置1和2处的示意图在本实用新型中采用锥状阀芯5与阀体1依靠锥度以及配合光洁面进行硬密封。根据该装置工作环境，最高温度小于80℃，最大工作压力小于0.8MPa，所以该阀体1设计压力为1.0MPa，锥状阀芯5和阀体1选用材质为铸钢（ZG235-450），该材质的物理性能如下。

铸造性能较好，熔点较高，实际流动性较差，易氧化，铸造缩水率约1.5%～2.0%，凝固收缩约4.2%，浇注温度约1500～1550℃，较为适宜铸造箱体；被切削性能一般，无需热处理即可进行加工，考虑阀体1内腔容易发生应力变形，故阀体1加工采用两次回火加工。

由于本实用新型中锥状阀芯5相对于其他阀门较为笨重，于是采用提升螺杆8提升锥状阀芯5，提升螺杆8相对于直接提升可以很大限度减小劳动强度。为防止提升高度过大，造成锥状阀芯5上端面与上端盖2出现“顶死”现象，设计中采用了螺杆提升限位套10，保证不会由于提升过量造成锥状阀芯5“顶死”而无法切换的现象出现。

切换组件包括切换手柄12、阀芯限位块13和阀座限位块14，切换手柄12端部固定连接在螺杆提升限位套10上，阀芯限位块13和阀座限位块14均为截面呈矩形的弧状结构，阀座限位块14固定设置在上端盖2中部下端两侧；阀芯限位块13固定设置在对应阀座限位块14高度位置的锥状阀芯5外表面上，这样可以实现从管道的切换使用，阀芯限位块13和阀座限位块14可以根据锥状阀芯5所需要的旋转角度进行加工出与之对应的切换角度，对锥状阀芯5切换起到定位作用。

为了防止锥状阀芯5在提升过程中，润滑油从上端盖2溢出，故在锥状阀芯5与上端盖2连接处还设置密封组件15。密封组件15为双道密封圈，双道密封圈之间间隙为10～20mm。由于密封组件15处于锥状阀芯5上部，切换过程中所受到的是与锥状阀芯5旋转相同的轴向力，所以不会在切换中被切断给油路制造不必要的垃圾，影响润滑油的质量。

为了实现锥状阀芯5的垂直方位定位，实现锥状阀芯5运行的稳定性，故在下端盖3中部设置阀芯孔16，锥状阀芯5下端固定设置定位块17，定位块17活动插设在阀芯孔16中。

在本实用新型中，由于与阀体1接触的锥状阀芯5为独体，在阀体1内部除锥状阀芯5外没有其他零部件，使用过程中不存在由于装置内部零部件过多脱落造成进、出油口堵死造成烧瓦事故。

阀体1结构为半空球形，所以切换过程中压力损失小，切换平稳对整个润滑油系统并不会产生影响。

该汽轮机润滑油系统在线切换装置的操作原理如下。

当操作人员需要进行管路切换的时候，只需要将提升6手柄逆时针旋转，通过安装在提升架7上的提升螺杆8的旋转提升力使锥状阀芯5提起，并阀体1内部锥度脱开，由于锥状阀芯5与上端盖2连接处还设置密封组件15，所以不会造成润滑油外溢现象；当锥状阀芯5脱开后即可转换切换手柄12，切换手柄12带动锥状阀芯5上的阀芯限位块13旋转到阀座限位块14，即可停止，并顺时针旋紧提升手柄6，再次使锥状阀芯5与阀体1紧密接触起到密封作用。

本实用新型的有益效果：（1）锥度阀芯5和阀体1结构简单、零部件较少可以减少劳动强度、维护要求低，在很大程度上节省了维护时间给可以给生产带来更大的经济效益。（2）采用锥度阀芯与阀体内腔依靠锥度以及配合光洁面进行硬密封，有效解决管道内漏问题。（3）阀体1与锥状阀芯5为独体，没有其他零部件，使用过程中不存在由于装置内部零部件过多脱落造成进、出油口堵死造成烧瓦事故。

该阀结构为半空球形，所以切换过程中压力损失小，切换平稳对整个润滑油系统并不会产生影响。由于本装置主要部件为锥度阀芯和阀体结构简单、零部件较少可以减少劳动强度、维护要求低，在很大程度上节省了维护时间可以给生产带来更大的经济效益。

整个切换过程仅需要三步，对运维人员技术要求低。