某船冷凝器水位调节失灵故障分析及处置_陆金涛.pdf

第 31 卷 第 4 期2023 年 4 月Vol.31 No.4Apr.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言冷凝器电动水位调节阀是汽轮发电机组的重要组成设备，用于冷凝器水箱水位的自动调节。冷凝器水箱凝水过多或过少均会影响发电机组的真空度，电动水位调节阀使冷凝器水位在船舶汽轮发电机组的任意工况下均维持在一定高度范围内，从而保证机组运行的稳定性。因此，冷凝器电动水位调节阀能否正常工作对船舶汽轮发电机的正常运行有着重要影响。冷凝器电动水位调节阀具有“自动”、“遥操”和“就地手动”3 种操作模式，正常工作状态为“自动”工况，当自动工况故障时，可进行“遥操”或“就地手动”操作。冷凝器水位控制系统另设有手动应急阀，当电动水位调节阀失灵时，可以利用应急阀进行人工调节。若某船的冷凝器电动水位调节阀在投入“自动”工况时，多次出现调节间断性失灵故障，故障现象为：当冷凝器水位超出程序规定值，有时甚至已达到报警水位，调节阀仍处在某一阀位停止不动,需转为“遥操”工况进行人工干预，再转换为“自动”工况。该故障现象表示调节阀存在卡滞情况，严重影响汽轮发电机的正常且可靠运行。本文对调节阀故障原因进行多方面分析，针对故障原因逐一进行排查，从而处理故障问题。1 冷凝器水位控制系统设备组成冷凝器水位控制系统主要由电动水位调节阀、液位计、控制器与手动应急阀等部分组成。电动水位调节阀由某船冷凝器水位调节失灵故障分析及处置陆金涛（青岛前进船厂，山东 青岛 266000）摘 要：本文主要从冷凝器水位控制系统的设备组成、工作原理等方面对水位自动调节故障进行分析，根据故障特点制定维修措施，有效排除水位自动调节间断性失灵的故障。同时，结合设备的实际运行情况，提出电动执行机构的改进建议，经过实际验证，改进后的电动执行机构运行效果良好，对后续该型设备修理、装配具有现实的指导意义。关键词：水位控制；调节阀；电动执行机构；电容中图分类号：U664.1 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.04.028引用格式 陆金涛.某船冷凝器水位调节失灵故障分析及处置 J.船舶物资与市场,2023,31(4):88-90.PS 型电动执行机构驱动，全行程为 12 mm，电动执行机构可接收420 mA控制信号，并反馈420 mA阀位信号。电动执行机构带动滑阀上下移动，改变排水与回水窗口的大小。根据凝水流量的大小，电动调节阀将保持在不同阀位，使进出的凝水保持动态平衡，实现冷凝器凝水的分配，排水至热井或回水至冷凝器1。液位计用于测量冷凝器水箱的水位，并输出 420 mA水位信号。水位的高低通过电流信号输出至控制器，实现对水位的反馈。控制器接收水位信号并对电动水位调节阀发出控制指令，以实现手动与自动控制的切换。手动状态下，可对电动水位调节阀进行“遥操”和“就地手动”操作。在电动水位调节阀“自动”和“遥操”均失效的情况下，手动应急阀通常作为采取的一种应急备用手段。2 冷凝器水位控制系统工作原理冷凝器水箱内的凝水通过凝水泵进入除气器后，再经过电动水位调节阀排至热井或回至冷凝器。当电动水位调节阀处于自动控制状态时，若冷凝器水箱水位高于程序规定值，控制器改变输出信号，使电动执行机构运转带动调节阀向上运动，排水窗口打开，同时回水窗口关闭，水位下降；反之，若冷凝器水箱水位低于规定值，控制器反方向改变输出信号，使电动执行机构运转带动调节阀向下运动，排水窗口关闭，同时回水窗口打开，水位上升。冷凝器水位控制系统工作原理如图 1 所示。收稿日期：2023-01-12作者简介：陆金涛（1978-），男，本科，工程师，研究方向为电气工程及其自动化。第 4 期 89 图 1 冷凝器水位控制系统工作原理图3 故障原因分析水位调节失灵的直接原因为调节阀停止运动。结合调节阀结构及水位控制系统工作原理分析，造成电动水位调节阀停止运动的主要因素有：1）电动水位调节阀或控制器的接线有松动，电源或信号会出现间歇性中断现象；2）冷凝器水箱水位显示不正确（液位计输出信号有误），导致控制器误判断，使调节阀维持阀位不动；3）控制器产生故障，不能将正确的 420 mA 水位信号输送至电动执行机构，导致调节阀停止；4）调节阀与电动执行机构的传动部位卡滞，电动执行机构无法驱动调节阀，造成调节阀停滞；5）调节阀内滑阀与阀体配合间隙过小，产生阻力过大，造成调节阀停滞；6）电动执行机构产生故障，导致调节阀停止运动。4 故障排查及处置为解决上述故障，按照从简到难的原则逐一采取排查措施。4.1 接线松动检查控制器和电动水位调节阀的接线，未发现松动现象。观察设备运行状态，每当调节阀失去作用时，将调节阀控制方式转换为“遥操”，并将调节阀开关一次后再次投入“自动”工况后，调节阀可正常“自动”运行。上述检查，可排除接线松动因素，因此仅通过转换控制方式无法有效解决接线松动故障。4.2 水位信号故障观察冷凝器水箱就地玻璃管液位计，并与控制器的水位显示表进行比对，证明水位显示表准确。在控制器信号接入端接入毫安电流表，对控制器水位输入信号进行连续监测。监测表明，控制器输入水位信号正常，排除液位计的输出信号存在故障。4.3 控制器故障为了监测控制器输出 420 mA 水位信号能否有效输送至电动执行机构，在控制器输出端接入毫安电流表。监测表明，控制器输出控制信号正常，而调节阀未能执行控制信号命令，排除控制器存在故障。4.4 传动部位卡滞为检查电动水位调节阀传动部位是否卡滞，需隔离电动水位调节阀，并将水位控制方式由“自动”转换为手动应急操作。就地手动开关调节阀进行检查，未发现调节阀存在明显卡滞。检查水位调节阀外观，仅发现阀杆部位有氧化、锈蚀现象，对阀杆喷除锈剂、打磨除锈处理，并涂抹润滑脂。然后恢复系统，将电动水位调节阀投入“自动”工况运行，设备运行情况稍有改善，出现故障的频次略有降低（由 3 次/天变为 1 次/天），但故障仍未解决。可见，传动部位卡滞不是导致电动水位调节阀停止运动的主要原因。4.5 滑阀与阀体配合间隙过小调节阀阀杆锈蚀部位经修理后，调节阀开关灵活顺畅，并且调节阀锈蚀前运行状态良好，因此判断调节阀配合间隙过小是主要原因的可能性较小。同时，如拆卸电动水位调节阀，检查滑阀与阀体配合间隙，需隔离系统停止汽轮发电机机组，将影响船舶其他设备的正常运行，影响范围较大2。因此，检查重点应为电动执行机构。4.6 电动执行机构故障为进一步排查，修改 PS 型电动执行机构内部参数F40（F40 为堵转次数保护设定值，出厂设定值为 250，当达到设定值后，电动执行机构的输入电源将被切断，以保护电机）进行试验验证。当修改参数F40设定值为10时，约 12 min 后电动水位调节阀停止调节，同时电动执行机构液晶屏出现故障提示“motion fault”（堵转故障）；当修改参数 F40 设定值为 4900 时，电动执行机构出现堵转故障的时间明显加长，大约4050 h中能发生1次堵转。电动水位调节阀停止运动的原因为堵转计数值达到设定值后电动执行机构的电源被切断。而导致电动执行机构堵转的因素主要有调节阀卡滞和电动执行机构故障。因已完成调节阀卡滞的排查，所以需重点检查电动执行机构3。将水位控制方式由“自动”转换为手动应急操作后，采用电动“遥操”方式反复开关电动水位调节阀，观察调节阀运行情况，发现开关 2030 次中会出现 1 次调节阀不能及时动作的现象。据此，可判定故障来自电动执行机构。该型电动执行机构主要由手轮、单相电容运转异步电机（AC230 V 240 mA）、限位开关、开关盘、PC底板、控制板、减速箱和输出轴等部件组成。拆卸电动执行机构外罩，检查内部各器件外观，测量陆金涛：某船冷凝器水位调节失灵故障分析及处置船舶物资与市场第 31 卷 第 4 期 90 电机绝缘、绕组电阻等，均未发现异常。电动执行机构内部的 PC 底板用途为实现电气连接和控制，主要安装有移相电容和接线端子排，内部接线和外接电缆均连接到 PC底板的端子排。检查移相电容（型号：MKP 1.5F 600 V），测量电容量为 1.1F，实测电容量比规定值偏低约 27%。至此，可基本确定电容量降低导致此故障，原因分析如下：单相电容运转异步电机是采用单相交流电源供电的电动机，其由定子（单相绕组）和转子（鼠笼式）构成，定子上有启动绕组（副绕组）和运行绕组（主绕组）。启动绕组中串接移相电容，然后与运行绕组并联接入电源，这 2 个绕组的轴线在空间相距 90电角度的情况下，会产生一个单相旋转磁场，在旋转磁场作用下，转子就可以自动启动运转，单相电容运转异步电机工作原理如图 2 所示。单相电容运转异步电机在设计制造时，将电机参数进行最优设计，若电容过小，则单相异步电动机的起动转矩小；若电容过大，则单相异步电动机的起动转矩大，但电容越大电动机发热量就越大。因此，更换新电容时一般应与原设计参数一致，以保证单相异步电机安全可靠运行。鼠笼转子U1U2Z1Z2C230VAC图 2 单相电容运转异步电机工作原理图PC 底板位于开关盘后方，拆卸 PC 底板时需先拆卸开关盘（开关盘上安装有调整限位开关的凸轮，电动执行机构运动时带动开关盘上下动作）。依次拆卸开关盘、PC 底板，然后用烙铁将移相电容从 PC 底板上拆下。更换移相电容时不仅要拆装开关盘和 PC 底板中的众多接线，且回装后需重新整定调节阀开关限位及开度，在一定程度上提升检修难度，降低检修工作的效率。考虑移相电容为单相电机的易损件，更换频率较高，为了方便检查、更换电容，对电动执行机构进行局部改造。首先，需对电容重新选型，原因一是 MKP 型电容市场上不常见、短时间内较难采购，原因二是原电容采用轴向电容焊接由于电路板不便于更换。CBB60 电容和 MKP 电容同为金属化聚丙烯薄膜电容，CBB60 电容成本比 MKP电容低，在电性能上满足实际耐压条件下可替代 MKP电容。CBB60 型电容是一种常见的交流电动机用电容，主要用于单相电动机的启动和运转，该型电容额定电压为 400 V 或 450 V，耐压为 1.5 倍额定电压。因此，选用型号为 CBB60 1.5F 450V 电容替代原电容。替代电容的容量与原电容一致，虽然替代电容的额定电压值降低，但电压值仍在设计允许范围之内（单相电动机电容额定电压要求为电源电压的 1.5 倍以上，一般选用 400 V或 450 V）。其次，根据选定的电容制作一个安装支架，新电容安装在电动执行机构内部空闲部位，既要不妨碍设备正常运行，又能方便检测、更换电容。然后，重新改造 PC 底板，在原安装电容的部位焊接导线接到 PC 底板端子排的备用端子上,电容可直接在 PC 底板端子排上接线，更换电容时不需再拆 PC 底板。最后，回装 PC 底板、开关盘,接入移相电容，调整电动水位调节阀限位开关并重新整定调节阀。恢复系统，将调节阀投入“自动”工况运行，设备运行正常即故障排除4。5 结语单相电容运转异步电机移相电容的容量降低，使单相电动机启动困难，在达到电动执行机构设定堵转次数后引起堵转保护，电动机停止工作，导致调节阀停止调节。当将控制器的选择开关由“自动”转为“遥操”后，原累计堵转次数清零，重新累计堵转次数。所以当出现不能调节故障后，经人工“遥操”又可投入“自动”运行一段时间，直至堵转次数再次到达设定数值，该现象是电动水位调节间断性失灵的故障原因。本次故障排查及处置方法，保障了船舶汽轮发电机组的安全、稳定运行，可为后续该型电动水位调节阀检修提供参考和借鉴。参考文献：1 王颖,李录平,陈尚年,等.基于数据驱动的汽轮发电机组非线性振动故障诊断技术研究进展 J.电站系统工程,2023,39(1):1-6.2 宋立远,梁魁西,陶本勇.汽轮发电机组碰摩特征提取技术研究 J.工业控制计算机,2022,35(12):123-124.3 蔡文方,应光耀,李卫军,等.某 1000 MW 汽轮发电机组推力轴承磨损事故分析 J.东方汽轮机,2022(4):80-84.4 曹美杰,王延明