透平燃油控制阀自主维修与推广应用
时间：2020-11-30 10:04:54 来源：达达文档网 本文已影响 人 
张龙 邓红涛 农勇
摘 要：某海上油田透平机组使用的燃油控制阀是VL 24V系列燃油计量阀（VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve）。该系列阀门使用过程中曾出现阀体内部阻塞、阀芯磨损、控制失效等故障，导致油启失败。由于介质压力高、阀芯行程短、计量精度高和技术限制等因素，故障阀门一直无法实现现场维修，返厂维修的阀门须经过出厂测试，以致造成维修成本高、维修周期长、库存积压等问题。某海上油田动力部门通过不断摸索实验，成功总结出一套适用于现场的解决方案。
关键词：VL 24 Volt Series Liquid Fuel Metering Valve（燃油控制阀） 线性差动变压器式位移传感器（LVDT） 比例电磁阀 静态漂移
中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0089-02
某油田三台透平于2014年完成升级改造。燃油控制阀由原来的机械拉杆式调节阀升级为VL24V系列燃油计量阀（简称燃油控制阀），燃料控制精度更高更灵敏，机组运转更加平稳。但在长期使用中该系列阀门在分公司的多台索拉机组上出现过多种故障，导致燃油点火失败，透平启动困难等问题。
透平发电机能否实现冷机油启是油田电力系统最重要的保障措施，该阀门故障的处理方法一直仅限于更换总成和返厂维修，费用极高。
1 阀门解体与认知
1.1 阀门结构
燃油控制阀由阀体、阀门执行器、计量元件、线性差动变压器式位移传感器（LVDT）、旁通阀、电子控制模块等构成，如图1。
（1）阀体：由两部分具有精加工表面的壳体密闭组成。
（2）阀门执行器：是一个比例电磁阀总成，由mA信号控制阀芯轴向的升降移动。
（3）计量元件：通过阀体内的环形锐缘喷嘴与阀芯上的不锈钢挡板端面组成燃油供给控制和计量。
（4）线性差动变压器式位移传感器（LVDT）：LVDT属于直线位移传感器，能精确测量阀门执行器微米等级的运动，并通过电子控制模块将位移反馈信号持续传送到机组的控制系统。
（5）旁通阀门：旁通阀门为柱塞式，由弹簧承压，通过压差调节阀门保证通过流量控制口的燃油压力。
（6）电子控制模块：印制电路板安装在阀体顶端，由各种芯片和电气回路组成，通过判断燃油需求量大小，输出驱动阀门执行器动作信号。
1.2 工作原理
燃油控制阀根据机组的燃油需求量精确控制阀门开度，转变成对燃油流量的线性控制。
燃油控制阀由4～20mA的电流信号控制，在输入信号为20mA时开度最大，在输入信号为4mA时开度为零。需要注意，阀门开度为零时阀门并未完全关严，经过零开度阀门的燃油流量约为启机时流量的一半;当系统执行阀门关断指令时，比例电磁阀失电，由弹簧将阀芯挡板直接座于环形锐缘喷嘴，此时，阀门完全关闭并阻止燃油进入机组内。
LVDT根据阀芯行程的变化产生一个精确的反馈信号;通过电子控制芯片，将阀位反馈信号和阀位指令信号进行比较，如果阀位反馈信号大于阀位指令信号，将减少比例电磁阀的输入电流;同时，阀杆向关闭位置移动直到阀位反馈信号与阀位指令信号相等。反之，如果阀位反馈信号小于阀位指令信号，将增大比例电磁阀的输入电流，同时阀杆向打开方向移动直到阀位反馈信号与阀位指令信号相等。
燃料从进口管线进入阀门，通过锐缘喷嘴进行计量。打开挡板可增大经过喷嘴的燃油流量，反之则减少，被计量后的燃油通过出口管线进入燃油系统。多余燃油通过旁通阀流回燃油泵，阻尼限位器相当于一个压力调节器，帮助控制旁通阀开度。
为保证旁通阀在合适的位置，通过燃油泵的流量大约比通过控制阀的计量流量多10%～20%，避免旁通阀完全关闭，导致通过锐缘喷嘴的燃油压力波动。
2 故障分析与维修
2.1 故障原因分析
在透平的启动、运行过程中，曾出现过由于控制阀故障或机组程序参数不匹配，导致透平油启困难、熄火等问题。通过对故障阀门的拆解、分析和处理，认为以下几点可引起控制阀故障：
（1）控制阀进出口及旁通阀堵塞;
（2）控制阀内漏或控制模块受潮;
（3）比例电磁阀、LVDT受环境干扰 ;
（4）控制阀阀芯磨损;
（5）控制阀静态漂移：
（6）控制参数不匹配影响启动。
2.2 创新思路自主维修方案
针对以上故障原因，逐项摸索实践出可行的维修方案。
（1）阀门进出口及旁通阀堵塞：检查控制阀是否堵塞可采用在线清洗的方法。
需要注意：该维修方法会有少量燃油集聚在透平燃烧室内，检修后必须强制通风稀释以防止事故发生;在重新启动机组前须彻底吹扫排气系统。
（2）控制閥内漏或受潮影响控制精度：将控制阀拆下，打开后部密封套，观察密封垫有无老化、磨损、破裂等情况，如有需更换配套密封垫;同时观察执行机构顶杆与挡板之间的接触是否紧密。
（3）比例电磁阀、LVDT受外界磁场、基座振动等干扰影响阀位控制、反馈信号异常：检查燃油控制阀地线、屏蔽线是否破损，连接是否正确可靠;及时处理机组振动异常情况，定期检查阀体、管线连接牢靠，避免共振。
（4）控制阀阀芯磨损：现场可使用1000目～2000目的砂纸对阀芯金相研磨和抛光，修复轻微磨损;修复的阀芯还需重新零点校准整定。
（5）控制阀静态漂移：在线性执行机构得电前阀门无指令信号，阀芯应处于关闭状态，若反馈信号显示超出±2.5%，该故障会导致透平点火时，控制阀无法在指定时间内回到初始零点位置，影响燃油计量，可以通过燃油阀的校验来控制静态飘移。
（6）机组控制参数不匹配导致启动失败，
燃油点火时阀门开度限制值和燃油点火过程中燃油递减量是燃油点火过程中最重要的两个控制参数。
通过反复试验得出，当点火阀门开度数值过小且燃油递减量过大，容易导致点火失败，当点火阀门开度数值过大且燃油递减量过小时，容易导致T5超温。
3 预防性维护
根据维修经验、整理的资料通过预防性维护可以大大降低阀门发生不可修复的故障的可能性，预防性维护要注意以下几个方面：
（1）关注阀位反馈信号，阀位趋向增大表示该阀存在静态漂移或轻微磨损。
（2）每日巡检目视阀体外观是否存在缺损或渗漏情况，及时进行清洁和更换密封。
（3）注意电缆及接线情况。
（4）定期保养每季度对阀体及其部件进行清洁保养以延长使用寿命。
（5）定期清洁滤器、更换滤芯。
（6）閥门拆检过程做好阀芯保护，避免工具异物磕碰、刮划对阀芯造成人为损伤。
4 结语
通过自主攻关，已在现场修复两台故障的透平燃油控制阀，直接节省维修费用25万元。每年的台风季节，避台恢复时，如果透平无法顺利油启，以该油田为例每延误1h供电将造成33m3/h的产量损失，该故障的解决实现了高效复产，避免了油田产量损失。
该系列阀门现场成功的检修经验对同类型燃油、燃气控制阀保养、维修具有重要的指导和参考价值，如果该检修维护方案推广应用到其他油田的更多机型上，实现预防维护与快速修复，能有效降低分公司动力配件的库存金额。
参考文献
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