引進(jìn)型328.5MW機(jī)組調(diào)速汽門門桿斷裂問題研究

摘 要:調(diào)速汽門是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)負(fù)荷重要設(shè)備，由于調(diào)速汽門的工作環(huán)境非常惡劣，容易發(fā)生門桿斷裂等重大事故，一旦發(fā)生此類事故，輕則限制機(jī)組負(fù)荷，重則造成機(jī)組停機(jī)。因此必須要杜絕此類事故的發(fā)生，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞:調(diào)速汽門;門桿;斷裂

中圖分類號:TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)19-0372-02

1 概況

天津大港發(fā)電廠#3、#4機(jī)組328.5MW機(jī)組為引進(jìn)意大利安莎爾多公司生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組為亞監(jiān)界、凝氣式、單軸、雙缸、雙排氣、中間再熱式汽輪機(jī)，高中壓缸合缸，低壓缸對稱分流反向布置，汽輪機(jī)在正常情況下采用噴嘴配汽，蒸汽調(diào)節(jié)閥門包括高壓部分有4個調(diào)速汽門，中壓部分有2個中壓調(diào)節(jié)門(再熱調(diào)節(jié)門)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷超過額定負(fù)荷的10%時，再熱調(diào)節(jié)門全開，失去調(diào)節(jié)作用。蒸汽量完全由調(diào)速汽門控制。多次發(fā)生門桿斷裂的缺陷，造成負(fù)荷大幅度擺動，嚴(yán)重威脅機(jī)組的穩(wěn)定性和安全性。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

近幾年天津大港發(fā)電廠#3、#4機(jī)組調(diào)速汽門共發(fā)生五次事故。影響了機(jī)組的負(fù)荷，調(diào)查情況見表:

#3、#4機(jī)組調(diào)速汽門這五次事故，雖未停機(jī)，但嚴(yán)重影響機(jī)組負(fù)荷，在這五次事故里，有三次是因為門桿斷裂的原因造成的，這說明對調(diào)速汽門門桿的改造已經(jīng)勢在必行。

3 調(diào)速汽門門桿斷裂的原因分析

3.1 調(diào)速汽門的結(jié)構(gòu)及動作原理

本機(jī)組的四個調(diào)速汽門分為上、下兩個閥門組，如圖1分布。調(diào)速汽門的開啟或關(guān)閉是由杠桿傳動，杠桿作用在裝在凸輪軸上的凸輪上，凸輪軸通過齒輪和齒條傳動被液壓操作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，順序打開或關(guān)閉調(diào)速汽門。

調(diào)速汽門在關(guān)閉位置時，是靠關(guān)閉彈簧的強(qiáng)力將閥芯關(guān)閉。閥門開啟是靠凸輪轉(zhuǎn)動頂起杠桿一端的托滾，杠桿另一端與門座固定成為支點，杠桿中間部位通過一個頂銷將十字壓蓋頂起，克服關(guān)閉彈簧的壓縮力量。十字壓蓋與叉型支架形成一個組件，叉型支架與門桿用絲扣連接在一起，門桿穿過門桿套與閥芯用花鍵連接，并用四個徑向頂絲固定防止轉(zhuǎn)動。閥芯內(nèi)的預(yù)啟閥用絲扣和銷子的方法連接到門桿上。在杠桿的作用下，十字壓蓋組件帶動門桿將閥門打開。結(jié)構(gòu)如圖2。

3.2 門桿的受力分析

在運行狀態(tài)下，由于預(yù)啟閥的作用，閥蝶上、下、圓周的汽壓幾乎相等，其受力情況可忽略，因此閥蝶就像浮在水中一樣。這樣門桿受到的力有蒸汽力F，重力G，叉型支架對門桿的作用力N，支架對門桿的力實際上是關(guān)閉彈簧的作用力通過彈簧座和十字壓蓋組件作用在門桿上。由于彈簧的兩端不平行或彈簧的中心線有偏斜，產(chǎn)生偏斜力通過傳遞后作用在叉型支架上，使門桿還承受一個側(cè)向力S和反作用力S′。

另外，門桿的螺紋區(qū)域上所承受的載荷分布是很不均勻的。在彈性范圍內(nèi)靠近頸部的第一扣的載荷最大，其余螺紋的分擔(dān)載荷按序減小。因此門桿與叉型支架嚙合的第一個螺紋是應(yīng)力集中的部位。

3.3 調(diào)速汽門門桿斷裂的幾種因素

(1)調(diào)速汽門門桿幾次斷裂的部位，多為門桿從頸部向頂部的第一扣處，調(diào)速汽門由于受到脈沖應(yīng)力作用，故容易產(chǎn)生疲勞裂紋，從斷口看，幾次斷裂多屬于疲勞斷裂，高溫疲勞斷裂的表現(xiàn)為裂紋產(chǎn)生于螺栓最大載荷齒根的螺栓橫截面上，疲勞斷裂區(qū)有明顯的放射狀紋路，尤其是齒根的初始疲勞裂紋，疲勞斷面大，最終斷裂區(qū)很小，疲勞斷面上貝殼紋不明顯。調(diào)速汽門門桿所受的動應(yīng)力主要來源于閥門的經(jīng)常開閉和汽流沖擊引起的振動，是門桿斷裂的原因之一。

(2)調(diào)速汽門門桿的材料為1Cr11MoV鋼，是在1Cr13鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的馬氏體鋼，具有較好的熱強(qiáng)性，組織穩(wěn)定性和工藝性。但是由于Mo、V等元素都為鐵素體形成的元素，含量過多就會形成熱脆相，降低韌性，損害熱強(qiáng)性。經(jīng)長期高溫運行后，比較容易發(fā)生熱脆性裂紋，也是門桿斷裂的原因之一。

(3)門桿所受載荷的大小與檢修工藝也存在著一定的關(guān)系。例如:彈簧座套原為鋼制，長期運行后，發(fā)生磨損，間隙增大，這樣就增加了彈簧座的偏斜，增加偏斜力，增加了門桿螺紋的橫向剪切力;閥蝶與汽封護(hù)套長期摩擦，使間隙增大后，在蒸汽的沖擊下，就會發(fā)生較大的高頻振動，經(jīng)門桿傳遞，作用在應(yīng)力集中部位即門桿的螺紋處;門桿與叉型支架的螺紋連接沒有予緊力或予緊力很小，在機(jī)組長期運行后發(fā)生松弛，使螺紋之間因振動發(fā)生磨損，使螺紋間隙加大。這些都是門桿斷裂和擼扣的原因之一。

4 防止調(diào)速汽門門桿斷裂的對策

4.1 提高門桿材質(zhì)

門桿原材料為1Cr11MoV是馬氏體不銹熱強(qiáng)鋼，具有較好的熱強(qiáng)性，組織穩(wěn)定性和工藝性，適宜制造540C以下氣輪機(jī)葉片等零件。因Mo，V等元素的加入，含量過高會形成脆性相，且工作溫度接近鋼的使用溫度上限(我廠蒸汽溫度538攝氏度)，因此應(yīng)該用穩(wěn)定性較高的材料替代。2Cr12NiMoWV鋼是國外普遍使用的強(qiáng)化12%Cr鋼，具有較高的高溫性能，還具有良好的減振性與抗松弛性能，適合于大型汽輪機(jī)動葉片，閥桿等，最高使用溫度為649攝適度。下面是兩種鋼的性能對比。

4.2 提高檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)

防止門桿斷裂另一個辦法就是提高檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)，減少應(yīng)力的產(chǎn)生。

(1)彈簧座的改造。將原來的鋼套改為銅套，并鑲嵌碳棒增加潤滑。彈簧座間隙縮小為0.08-0.10mm。目的減小彈簧的偏斜力，減小對門桿的剪切應(yīng)力。

(2)減小汽封間隙。更換新的汽封套，間隙減小為0.35-0.38mm，目的是減小振動，減少動應(yīng)力對門桿的損傷。

(3)改變門桿與支架配合間隙，由原來接近0.2mm的間隙改為0.03-0.05mm，這樣可以有效地減少振動對門桿螺紋的損傷。

(4)提高門桿螺紋的配合精度。

#3、#4機(jī)組調(diào)速汽門經(jīng)過改造后，沒有發(fā)生門桿斷裂情況。而且解體檢查發(fā)現(xiàn)，門桿間隙變化情況也不大。

5 結(jié)束語

調(diào)速汽門是汽輪機(jī)的重要部件，為了保證汽輪機(jī)組安全穩(wěn)定的運行，必須保證調(diào)速汽門的可靠性。通過對調(diào)速汽門門桿斷裂原因的分析，可以更好的對調(diào)速汽門進(jìn)行維護(hù)與檢修。只有這樣才能保證機(jī)組運行穩(wěn)定性。延長機(jī)組連續(xù)運行時間。

參考文獻(xiàn)

[1]吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社，1998.

[2]馬承民.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社，1988.