1 机组概况
国电九江发电厂4号机组为N21012.7/535/535型、一次中间再热、冲动、单轴、三缸、二排汽、冷凝汽轮机，是20世纪80年代末制造的机组，于1992年9月投产。机组原采用机械液压调节安全系统，2009年5月对4号机组调节安全系统进行纯电动调节DEH改造。机组共有4个高压调速阀（调节门），分为两组，布置在高压缸的左右两侧。每侧的两个高压调节门共有一个外壳，并与主阀连接。高压调节门采用凸轮操作提升机构。高压油动机驱动齿轮和凸轮轴通过其蒸汽杠杆齿条旋转凸轮，然后通过滚轮、杠杆和顶杆上下移动滑轮，连接到滑轮的轴也上下移动。高压调节门与阀杆连接器（两半连接器）连接到轴，然后高压调节阀杆也随心杆移动，以控制高压调节门的开度。
2 有问题
4号机组自投产运行以来，由于1号、2号、3号、4号高压调节门凸轮线设计不合理，局部角内压力角较大，最大压力角达到40°(超过允许值30°），高压调节门打开时，凸轮机构容易自锁，明显卡涩。当机组在中负荷范围内运行时，负荷摆动较大。此外，当机组在中高负荷区域运行时，由于四个高压调节门的重叠度较大，1号和2号高压调节门的节流损失较大，降低了高压缸的效率，降低了机组运行的经济性。1994年，在厂家的帮助下，对4号机组高压调节门的凸轮线进行了改造设计，降低了压力角，使特性曲线光滑，解决了运行中高压调节门打开时凸轮机构容易自锁、机组运行时负荷摆动较大的问题。然而，3号高压调节门与1号和2号高压调节门的重叠程度和重叠范围仍然很大。1号和2号高压调节门在各种负荷下无法打开，节流损失仍然很大。4号高压调节门与1号和2号高压调节门的重叠程度约为5%。机组带140MW负荷运行时，1号和2号高压调节门前后压差高达3.6MPa，满载运行也达到0.8MPa，机组运行经济性差。
3 原因分析及解决方案
原设计1、2高压调节门主阀最大开度为33mm，预启阀设计行程为7mm，经检查发现，在实际运行中，3号高压调节门主阀开启时，1号和2号高压调节门主阀行程为17号.4mm。开启4号高压调节门主阀时，1号和2号高压调节门主阀行程为29号.2mm，对应的3号高压调节门主阀开启行程为10.7mm。1号和2号高压调节门主阀行程为33mm3号高压调节门主阀行程为24.2mm，4号高压调节门主阀行程为10.6mm。根据上述情况，虽然1994年凸轮线进行了改造设计，但上述节流损失仍存在较大问题。
分析可采取以下措施：
(1)降低高压调节门预启阀的行程，可增加1号和2号高压调节门主阀在高负荷区域的有效开度，减少节流损失。预启阀的行程为7mm减小至5mm，主阀的有效开度可以增加2mm，在凸轮转角100°原设计110的开度可以达到°相应的开度有利于机组在高负荷区减少1、2高压调节门的节流损失。1、2高压调节门预启阀行程减少后，部分降低高压调节门重叠，有利于大行程范围内高压调节门的稳定性。具体措施是拆下预启阀的压缩盖，并在下部切割2mm，重新安装螺孔。
(2)在满足高压调节门重叠度、机组输出功率要求、调节门预启阀行程调整和提升力特性的要求下，重新设计4条凸轮线。新凸轮增加了凸轮的外圆直径，由多个圆弧组成，即由凸轮基圆、与滚轮同径的起始圆弧段和不同半径的多个圆弧段组成。新凸轮线由40个半径组成mm、60mm、80mm、120mm、130mm、140mm、150mm、156mm、160mm等待九段弧形成。在凸轮线的优化设计中，不仅考虑了1号和2号高压调节门预启阀行程的减少因素，还考虑了4号和3号调节门、3号调节门与1号和2号调节门开度之间的相对关系，每个凸轮的键槽位置没有改变。
(3)改造后的凸轮在静态试验中根据需要加厚油动机齿条连杆之间的垫子。
4 改进效果
改造后效果如下：
(1)凸轮机构改进前后的设计特点见图1。
图1
从图1可以看出，1号和2号调节门的特性曲线比原设计光滑，相应的开度增加。3号调节门的特性曲线也比原设计光滑，提前打开，4号调节门的特性曲线推迟打开。
(2)高压调节门改进前后特性见表1。
表1 高压调节门改进前后特性
从表1可以看出，改进后1号和2号高压调节门的主阀最大行程为38mm。3号高压调节门主阀打开时，1号和2号高压调节门主阀行程为25.1mm；4号高压调节门主阀开启时，1号和2号高压调节门主阀行程为37.8mm，对应3号高压调节门的主阀行程为18.8mm。1号和2号高压调节门主阀行程为33mm3号高压调节门主阀行程为7.2mm，4号高压调节门主阀行程为0。1号和2号高压调节门主阀行程为38mm3号高压调节门主阀行程为21.9mm，34号高压调节门主阀行程mm。由此可见，3号高压调节门与1号、2号高压调节门、4号、3号高压调节门的重叠程度和重叠范围明显降低。改进后，从高压调节门开启的相对关系来看，3号高压调节门主阀开启对应的1号、2号高压调节门主阀开启推迟了7号.7mm，4号高压调节门主阀开启对应的3号高压调节门主阀开启延迟8.3mm，有效地解决了机组高压调节门重叠度和重叠范围大的问题，可降低高压调节门节流损失。
(3)1号、2号高压调节门预启阀行程调整后，设计规范要求的1号油动机提升力系数.7~1.9倍范围内。
(4)1号、2号高压调节门预启阀行程调整后，当主阀打开时，虽然门杆最小截面的张力增加，但门杆的极限强度为500MPa，压力集中系数为2，疲劳系数为2.因此，仍有足够的安全裕度。
(5)1号、2号高压调节门预启阀行程调整后，大开度下稳定性提高。
(6)凸轮线改进后，凸轮压力角在整个行程范围内处于正常范围，高压调节门流量特性汽流量与凸轮角关系平稳，调节特性好。
(7)改进后，高压调节门的实际通流能力基本达到了改进前机组的通流能力，可满足夏季工况下机组最大输出功率和最大输出功率的要求。
5 结语
改进后4号机组的热试验结果，3号高压调节门与1号、2号高压调节门的重叠度由改进前20%提高~25%下降到10%左右，满负荷下1号和2号高压调节门的压损由0.8MPa下降到0.4MPa。机组在160~210MW在负荷范围内运行时，高压缸的平均效率提高了1.标准煤耗下降1%.2g/（kW•h），机组运行经济性明显提高。
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