1 機(jī)組概況
   國電九江發(fā)電廠4號機(jī)組為N21012.7/535/535型、一次中間再熱、沖動(dòng)、單軸、三缸、二排汽、冷凝汽輪機(jī)，是20世紀(jì)80年代末制造的機(jī)組，于1992年9月投產(chǎn)。機(jī)組原采用機(jī)械液壓調(diào)節(jié)安全系統(tǒng)，2009年5月對4號機(jī)組調(diào)節(jié)安全系統(tǒng)進(jìn)行純電動(dòng)調(diào)節(jié)DEH改造。機(jī)組共有4個(gè)高壓調(diào)速閥（調(diào)節(jié)門），分為兩組，布置在高壓缸的左右兩側(cè)。每側(cè)的兩個(gè)高壓調(diào)節(jié)門共有一個(gè)外殼，并與主閥連接。高壓調(diào)節(jié)門采用凸輪操作提升機(jī)構(gòu)。高壓油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪和凸輪軸通過其蒸汽杠桿齒條旋轉(zhuǎn)凸輪，然后通過滾輪、杠桿和頂桿上下移動(dòng)滑輪，連接到滑輪的軸也上下移動(dòng)。高壓調(diào)節(jié)門與閥桿連接器（兩半連接器）連接到軸，然后高壓調(diào)節(jié)閥桿也隨心桿移動(dòng)，以控制高壓調(diào)節(jié)門的開度。
   2 有問題
   4號機(jī)組自投產(chǎn)運(yùn)行以來，由于1號、2號、3號、4號高壓調(diào)節(jié)門凸輪線設(shè)計(jì)不合理，局部角內(nèi)壓力角較大，最大壓力角達(dá)到40°(超過允許值30°），高壓調(diào)節(jié)門打開時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)容易自鎖，明顯卡澀。當(dāng)機(jī)組在中負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷擺動(dòng)較大。此外，當(dāng)機(jī)組在中高負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行時(shí)，由于四個(gè)高壓調(diào)節(jié)門的重疊度較大，1號和2號高壓調(diào)節(jié)門的節(jié)流損失較大，降低了高壓缸的效率，降低了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。1994年，在廠家的幫助下，對4號機(jī)組高壓調(diào)節(jié)門的凸輪線進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)，降低了壓力角，使特性曲線光滑，解決了運(yùn)行中高壓調(diào)節(jié)門打開時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)容易自鎖、機(jī)組運(yùn)行時(shí)負(fù)荷擺動(dòng)較大的問題。然而，3號高壓調(diào)節(jié)門與1號和2號高壓調(diào)節(jié)門的重疊程度和重疊范圍仍然很大。1號和2號高壓調(diào)節(jié)門在各種負(fù)荷下無法打開，節(jié)流損失仍然很大。4號高壓調(diào)節(jié)門與1號和2號高壓調(diào)節(jié)門的重疊程度約為5%。機(jī)組帶140MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，1號和2號高壓調(diào)節(jié)門前后壓差高達(dá)3.6MPa，滿載運(yùn)行也達(dá)到0.8MPa，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。
   3 原因分析及解決方案
   原設(shè)計(jì)1、2高壓調(diào)節(jié)門主閥最大開度為33mm，預(yù)啟閥設(shè)計(jì)行程為7mm，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際運(yùn)行中，3號高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟時(shí)，1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為17號.4mm。開啟4號高壓調(diào)節(jié)門主閥時(shí)，1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為29號.2mm，對應(yīng)的3號高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟行程為10.7mm。1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為33mm3號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為24.2mm，4號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為10.6mm。根據(jù)上述情況，雖然1994年凸輪線進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)，但上述節(jié)流損失仍存在較大問題。
   分析可采取以下措施：
   (1)降低高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥的行程，可增加1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥在高負(fù)荷區(qū)域的有效開度，減少節(jié)流損失。預(yù)啟閥的行程為7mm減小至5mm，主閥的有效開度可以增加2mm，在凸輪轉(zhuǎn)角100°原設(shè)計(jì)110的開度可以達(dá)到°相應(yīng)的開度有利于機(jī)組在高負(fù)荷區(qū)減少1、2高壓調(diào)節(jié)門的節(jié)流損失。1、2高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程減少后，部分降低高壓調(diào)節(jié)門重疊，有利于大行程范圍內(nèi)高壓調(diào)節(jié)門的穩(wěn)定性。具體措施是拆下預(yù)啟閥的壓縮蓋，并在下部切割2mm，重新安裝螺孔。
   (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)整和提升力特性的要求下，重新設(shè)計(jì)4條凸輪線。新凸輪增加了凸輪的外圓直徑，由多個(gè)圓弧組成，即由凸輪基圓、與滾輪同徑的起始圓弧段和不同半徑的多個(gè)圓弧段組成。新凸輪線由40個(gè)半徑組成mm、60mm、80mm、120mm、130mm、140mm、150mm、156mm、160mm等待九段弧形成。在凸輪線的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，不僅考慮了1號和2號高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程的減少因素，還考慮了4號和3號調(diào)節(jié)門、3號調(diào)節(jié)門與1號和2號調(diào)節(jié)門開度之間的相對關(guān)系，每個(gè)凸輪的鍵槽位置沒有改變。
   (3)改造后的凸輪在靜態(tài)試驗(yàn)中根據(jù)需要加厚油動(dòng)機(jī)齒條連桿之間的墊子。
   4 改進(jìn)效果
   改造后效果如下：
   (1)凸輪機(jī)構(gòu)改進(jìn)前后的設(shè)計(jì)特點(diǎn)見圖1。

   圖1

   從圖1可以看出，1號和2號調(diào)節(jié)門的特性曲線比原設(shè)計(jì)光滑，相應(yīng)的開度增加。3號調(diào)節(jié)門的特性曲線也比原設(shè)計(jì)光滑，提前打開，4號調(diào)節(jié)門的特性曲線推遲打開。
   (2)高壓調(diào)節(jié)門改進(jìn)前后特性見表1。

   表1 高壓調(diào)節(jié)門改進(jìn)前后特性

   從表1可以看出，改進(jìn)后1號和2號高壓調(diào)節(jié)門的主閥最大行程為38mm。3號高壓調(diào)節(jié)門主閥打開時(shí)，1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為25.1mm；4號高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟時(shí)，1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為37.8mm，對應(yīng)3號高壓調(diào)節(jié)門的主閥行程為18.8mm。1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為33mm3號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為7.2mm，4號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為0。1號和2號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為38mm3號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程為21.9mm，34號高壓調(diào)節(jié)門主閥行程mm。由此可見，3號高壓調(diào)節(jié)門與1號、2號高壓調(diào)節(jié)門、4號、3號高壓調(diào)節(jié)門的重疊程度和重疊范圍明顯降低。改進(jìn)后，從高壓調(diào)節(jié)門開啟的相對關(guān)系來看，3號高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟對應(yīng)的1號、2號高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟推遲了7號.7mm，4號高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟對應(yīng)的3號高壓調(diào)節(jié)門主閥開啟延遲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題，可降低高壓調(diào)節(jié)門節(jié)流損失。
   (3)1號、2號高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程調(diào)整后，設(shè)計(jì)規(guī)范要求的1號油動(dòng)機(jī)提升力系數(shù).7~1.9倍范圍內(nèi)。
   (4)1號、2號高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程調(diào)整后，當(dāng)主閥打開時(shí)，雖然門桿最小截面的張力增加，但門桿的極限強(qiáng)度為500MPa，壓力集中系數(shù)為2，疲勞系數(shù)為2.因此，仍有足夠的安全裕度。
   (5)1號、2號高壓調(diào)節(jié)門預(yù)啟閥行程調(diào)整后，大開度下穩(wěn)定性提高。
   (6)凸輪線改進(jìn)后，凸輪壓力角在整個(gè)行程范圍內(nèi)處于正常范圍，高壓調(diào)節(jié)門流量特性汽流量與凸輪角關(guān)系平穩(wěn)，調(diào)節(jié)特性好。
   (7)改進(jìn)后，高壓調(diào)節(jié)門的實(shí)際通流能力基本達(dá)到了改進(jìn)前機(jī)組的通流能力，可滿足夏季工況下機(jī)組最大輸出功率和最大輸出功率的要求。
   5 結(jié)語
   改進(jìn)后4號機(jī)組的熱試驗(yàn)結(jié)果，3號高壓調(diào)節(jié)門與1號、2號高壓調(diào)節(jié)門的重疊度由改進(jìn)前20%提高~25%下降到10%左右，滿負(fù)荷下1號和2號高壓調(diào)節(jié)門的壓損由0.8MPa下降到0.4MPa。機(jī)組在160~210MW在負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，高壓缸的平均效率提高了1.標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降1%.2g/（kW•h），機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性明顯提高。