监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法与流程

1.本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法。


背景技术：

2.进汽阀门是汽轮机装备中的一项关键组件，其主要负责控制进入汽轮机内的蒸汽流量以达到控制机组转速和负荷的目的。提升式阀门因具有较高的控制精度及可靠度被广泛应用于大中型发电用汽轮机。如图1所示，提升式阀门结构中，阀杆1和阀碟2为活动件，阀壳3、阀座4、阀盖5和衬套6为静止件。油动机7通过连接杆8与阀杆1相连接，工作时，通过油动机7提供动力驱动阀杆1运动来改变阀杆1的行程开度，并以此来改变阀碟2与阀座4间的距离，进而改变蒸汽流通面积的大小，达到控制蒸汽流量和控制机组转速、负荷的目的，阀杆1的向上提升力由油动机7提供，向下降落关闭则依靠被压缩的弹簧9的反弹力。
3.进行阀门设计时，在安装和运行状态下，阀杆1与衬套6间具有一定的间隙，该间隙值的设置有一定的原则：间隙值不可过大，以防止漏汽量较多，影响运行经济性；间隙值也不可过小，否则容易因间隙堵塞而导致阀杆1与衬套6间卡涩故障频发，影响运行安全性及可靠度。
4.然而，阀门是汽轮机中承受压力、温度最高的部件，服役环境恶劣，现场运行情况表明，阀门在工作时经常存在着硬质杂物、带入氧化皮和积盐问题，往往易填塞阀杆1与衬套6间的间隙，使二者间发生较大面积和区域的接触，进而形成了相互运动的阻力。当油动机7的提升力和弹簧9的关闭力不能克服阻力时，便无法活动阀杆1，从而失去了对蒸汽流量以及机组转速和负荷的控制，将很可能导致极其严重的运行事故。
5.由于上述引起卡涩问题的因素难以在运行过程中直接进行监测，于是，工程上，为降低阀杆1卡涩的可能性，通常在机组运行过程中，要求定期进行阀门活动性试验，目的在于借助阀杆1与衬套6间的相对运动以在形成较大接触阻力前，将间隙中的“杂质”去除，防止由于正常运行时阀门长时间不活动造成的积盐杂质卡涩。但由于间隙阻塞程度、杂质清除效果、杂质形成速度等无法进行有效监测，因此阀门活动性试验的动作效果是否达到预期、试验间隔是否合适等问题无法准确回答，致使阀杆1卡涩问题还是经常发生。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，能够为判断阀杆当前卡涩状态提供参考，以克服现有技术的上述缺陷。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，在汽轮机组运行时，对阀门阀杆上的振动响应特征值进行监测，将汽轮机组运行初始状态下阀杆上的振动响应特征值作为基准值，将监测到的阀杆上的当前振动响应特征值与基准值进行比较，根据当前振动响应特征值与基准值的差值大小判断当前阀杆的卡涩程度。
8.优选地，对阀门阀杆上的振动响应特征值进行监测是在阀杆上特定位置处监测阀杆上的振动响应特征值。
9.优选地，阀杆的一端连接阀碟，且另一端通过连接杆与油动机相连接，特定位置为连接杆与阀杆的交界处。
10.优选地，在阀杆上设置检测件，通过检测件对阀杆上的振动响应特征值进行监测。
11.优选地，检测件采用高温应变片，高温应变片粘贴在阀杆上。
12.优选地，检测件采用激光测振仪。
13.优选地，阀杆上的振动响应特征值包括阀杆的振动位移幅值和振动频率。
14.优选地，汽轮机组运行初始状态是汽轮机组新机运行初始状态或汽轮机组检修完成后运行初始状态。
15.优选地，在汽轮机组调峰负荷运行时，基准值有多个，多个基准值与汽轮机组运行初始状态下的多组状态参数一一对应，将在汽轮机组运行的当前状态参数下监测到的阀杆上的当前振动响应特征值与当前状态参数对应的基准值进行比较。
16.优选地，在汽轮机组带基本负荷运行时，对阀门阀杆上的振动响应特征值进行持续监测。
17.与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
18.通过监测汽轮机组运行过程中阀门阀杆上的振动响应特征值，并将监测到的阀杆上的当前振动响应特征值与汽轮机组运行初始状态下阀杆和衬套间未发生接触时阀杆上的振动响应特征值相对比，由此判断当前阀杆的卡涩程度(亦为当前阀杆和衬套间的接触状态)，能够为工作人员及时了解汽轮机组运行过程中阀门阀杆与衬套的接触程度、判断阀杆的卡涩状态提供有效参考，有助于工作人员及时发现并维护解决阀杆卡涩问题，避免运行事故的发生。
附图说明
19.图1是提升式阀门的结构示意图。
20.图2是本发明实施例的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法应用于提升式阀门的示意图。
21.其中，附图标记说明如下：
[0022]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阀杆
[0023]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阀碟
[0024]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阀壳
[0025]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阀座
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阀盖
[0027]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬套
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油动机
[0029]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
连接杆
[0030]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
弹簧
[0031]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
检测件
具体实施方式
[0032]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
[0033]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0036]
如图2所示，本发明监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法的一种实施例。
[0037]
汽轮机组运行中，为响应转速和负荷需求，进汽阀门的阀杆1应具有一定的开度以允许一定量的蒸汽流入汽轮机，其工作状态如图2所示。在工作时，阀杆1与阀碟2是与蒸汽直接发生接触的，由于蒸汽是处于紊乱的湍流状态，因此蒸汽作用在阀杆1及阀碟2上的力是非定常的。由振动力学理论可知，阀杆1和阀碟2会在非定常激振力的作用下产生受迫振动，并可在阀杆1上特定位置处(如连接杆8与阀杆1的交界处)监测到振动响应特征值，振动响应特征值包括振动位移幅值和振动频率。阀杆1上振动响应特征值的大小与汽流激振力大小和阀杆1阀碟2构件自身的振动特性有关。当两种状态点下，汽轮机组的蒸汽参数、功率负荷以及阀门开度相同时，汽流激振力大小可认为不变，于是，理论上阀杆1阀碟2的振动响应特征值也应相同。但当卡涩故障发生或阀杆1与阀碟2间间隙被杂质堵塞时，会因接触条件发生变化，而导致阀杆1阀碟2构件的自身刚度增强，进而使得振动响应特征值发生变化：从机理上看，接触程度越严重、接触区域越多，对刚度的增强效果越明显，振动响应的位移幅值就会越小，振动频率也会越低。
[0038]
基于上述理论，本发明实施例提供一种监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，通过监测汽轮机组运行过程中阀门阀杆1上的振动响应特征值，并将监测到的阀杆1上的当前振动响应特征值与汽轮机组运行初始状态下阀杆1和衬套6间未发生接触时阀杆1上的振动响应特征值相对比，由此判断当前阀杆1的卡涩程度(亦为当前阀杆1和衬套6间的接触状态)。
[0039]
具体地，本实施例的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法为，在汽轮机组运行时，对阀门阀杆1上的振动响应特征值进行监测，优选地，阀杆1上的振动响应特征值包括阀杆1的振动位移幅值a和振动频率f。将汽轮机组运行初始状态下阀杆1上的振动响应特征值作为基准值，优选地，汽轮机组运行初始状态是汽轮机组新机运行初始状态或汽轮机组检修完成后运行初始状态，新机状态和检测完成后状态的汽轮机组在运行初始时，阀杆1和衬套6间未发生接触，阀杆1不存在卡涩。在汽轮机组运行过程中，将监测到的阀杆1上的当前振
动响应特征值与基准值进行比较，根据当前振动响应特征值与基准值的差值大小判断当前阀杆1的卡涩程度。若当前振动响应特征值与基准值的差值超过设定偏差量，说明当前阀杆1和衬套6的接触达到了一定的程度，亦即当前阀杆1的卡涩状态达到了一定的程度，需要工作人员采取相应维护措施，以减小阀杆1的卡涩程度。所述设定偏差量是根据汽轮机组工作参数设定的设计值，设定偏差量包括振动位移幅值设定偏差量wa和振动频率设定偏差量wf。由此，本实施例的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法能够为工作人员及时了解汽轮机组运行过程中阀门阀杆1与衬套6的接触程度、判断阀杆1的卡涩状态提供有效参考，有助于工作人员及时发现并维护解决阀杆1卡涩问题，避免运行事故的发生。
[0040]
本实施例中，优选地，对阀门阀杆1上的振动响应特征值进行监测是在阀杆1上特定位置处监测阀杆1上的振动响应特征值。参见图2，阀杆1的一端连接阀碟2，阀杆1的另一端通过连接杆8与油动机7相连接，所述特定位置优选为阀杆1上的连接杆8与阀杆1的交界处。
[0041]
本实施例中，优选地，参见图2，在阀杆1上设置检测件10，通过检测件10对阀杆1上的振动响应特征值进行监测。检测件10优选设置在阀杆1上特定位置处，即阀杆1上连接杆8与阀杆1的交界处。检测件10的形式并不局限，可以采用任意能够监测阀杆1上的振动响应特征值的元件或设备。例如，在一种实施方式中，检测件10可以采用高温应变片，高温应变片粘贴在阀杆1上，能够实现对阀杆1上的振动响应特征值的监测；在另一种实施方式中，检测件10可以采用激光测振仪，优选采用具有跟踪功能的激光测振仪，也能够实现对阀杆1上的振动响应特征值的监测。
[0042]
汽轮机组运行方式有调峰负荷运行和带基本负荷运行，汽轮机组运行的状态参数包括阀位点a、负荷点b和蒸汽参数点c，其中，调峰负荷运行时汽轮机组的状态参数呈波动变化，且波动变化频率较高；带基本负荷运行时汽轮机组的状态参数则基本不变。由此，根据汽轮机组运行方式的不同，本实施例的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法可以有两种不同的实施方式，具体如下。
[0043]
第一种实施方式为，在汽轮机组调峰负荷运行时，基准值有多个，多个基准值与汽轮机组运行初始状态下的多组状态参数一一对应，即，在汽轮机组运行初始状态下，汽轮机组以第一组状态参数：阀位点a1、负荷点b1和蒸汽参数点c1运行时，监测并记录阀杆1上的振动响应特征值：振动位移幅值a1和振动频率f1；汽轮机组以第二组状态参数：阀位点a2、负荷点b2和蒸汽参数点c2运行时，监测并记录阀杆1上的振动响应特征值：振动位移幅值a2和振动频率f2；以此类推，依次监测并记录汽轮机组运行初始状态下的多组(如n组)状态参数对应的阀杆1上的振动响应特征值，并以此形成基准值数据库：
[0044][0045]
基于上述基准值数据库，在汽轮机组运行过程中，根据汽轮机组运行状态参数的调整，可以对每组状态参数下的阀杆1上的振动响应特征值进行监测，并将在汽轮机组运行的当前状态参数下监测到的阀杆1上的当前振动响应特征值与当前状态参数对应的基准值进行比较，以此来判断当前阀杆1的卡涩状态。例如，若汽轮机组运行的当前状态参数为第
一组状态参数：阀位点a1、负荷点b1和蒸汽参数点c1，监测并记录此时阀杆1上的当前振动响应特征值：振动位移幅值a1
′
和振动频率f1
′
，并将a1
′
和f1
′
与基准值数据库中的a1和f1进行比较，若|a1-a1
′
|＞wa或|f1-f1
′
|＞wf，即当前振动响应特征值与基准值的差值超过设定偏差量，可以认为当前阀杆1和衬套6的接触达到了一定的程度，亦即当前阀杆1的卡涩状态达到了一定的程度，需要工作人员采取相应维护措施。
[0046]
第二种实施方式为，在汽轮机组带基本负荷运行时，汽轮机组以基本不变的状态参数：阀位点am、负荷点bm和蒸汽参数点cm运行，此时，对阀门阀杆1上的振动响应特征值进行持续监测和记录，以达到通过实时监测及时发现阀杆1卡涩的目的。将汽轮机组运行初始状态下(即监测初始时间)监测到阀杆1上的振动响应特征值记为振动位移幅值ams和振动频率fms并作为基准值，将汽轮机组运行过程中(即监测过程中)监测到的任意时刻阀杆1上的振动响应特征值记为振动位移幅值ame和振动频率fme并将其与基准值进行比较，若|ams-ame|＞wa或|fms-fme|＞wf，即当前振动响应特征值与基准值的差值超过设定偏差量，可以认为当前阀杆1和衬套6的接触达到了一定的程度，亦即当前阀杆1的卡涩状态达到了一定的程度，需要工作人员采取相应维护措施。
[0047]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，在汽轮机组运行时，对阀门阀杆上的振动响应特征值进行监测，将汽轮机组运行初始状态下阀杆上的振动响应特征值作为基准值，将监测到的阀杆上的当前振动响应特征值与所述基准值进行比较，根据所述当前振动响应特征值与所述基准值的差值大小判断当前阀杆的卡涩程度。2.根据权利要求1所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，对阀门阀杆上的振动响应特征值进行监测是在阀杆上特定位置处监测阀杆上的振动响应特征值。3.根据权利要求2所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，阀杆的一端连接阀碟，且另一端通过连接杆与油动机相连接，所述特定位置为所述连接杆与所述阀杆的交界处。4.根据权利要求1所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，在阀杆上设置检测件，通过所述检测件对所述阀杆上的振动响应特征值进行监测。5.根据权利要求4所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，所述检测件采用高温应变片，所述高温应变片粘贴在所述阀杆上。6.根据权利要求4所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，所述检测件采用激光测振仪。7.根据权利要求1所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，阀杆上的振动响应特征值包括阀杆的振动位移幅值和振动频率。8.根据权利要求1所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，所述汽轮机组运行初始状态是汽轮机组新机运行初始状态或汽轮机组检修完成后运行初始状态。9.根据权利要求1至8中任意一项所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，在汽轮机组调峰负荷运行时，所述基准值有多个，多个所述基准值与汽轮机组运行初始状态下的多组状态参数一一对应，将在汽轮机组运行的当前状态参数下监测到的阀杆上的当前振动响应特征值与所述当前状态参数对应的基准值进行比较。10.根据权利要求1至8中任意一项所述的监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，其特征在于，在汽轮机组带基本负荷运行时，对阀门阀杆上的振动响应特征值进行持续监测。

技术总结
本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种监测汽轮机阀门阀杆卡涩状态的方法，在汽轮机组运行时，对阀门阀杆上的振动响应特征值进行监测，将汽轮机组运行初始状态下阀杆上的振动响应特征值作为基准值，将监测到的阀杆上的当前振动响应特征值与基准值进行比较，根据当前振动响应特征值与基准值的差值大小判断当前阀杆的卡涩程度。能够为工作人员及时了解汽轮机组运行过程中阀门阀杆与衬套的接触程度、判断阀杆的卡涩状态提供有效参考，有助于工作人员及时发现并维护解决阀杆卡涩问题，避免运行事故的发生。事故的发生。事故的发生。


技术研发人员：王鹏 李潇潇 苏小云 杜伟杰 张佳敏 张亚
受保护的技术使用者：上海电气电站设备有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2023/6/16