高調(diào)門門桿松脫的原因分析與對策

摘 要 本文詳細(xì)分析了東方汽輪機廠生產(chǎn)的300MW汽輪機組高壓調(diào)節(jié)門在運行中門桿脫出，導(dǎo)致閥門關(guān)閉的原因并提出對策，重點指出檢修工藝的完善對機組安全運行的重要性。

關(guān)鍵詞 汽輪機 高壓調(diào)節(jié)門 脫出

中圖分類號：TK267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

High-Profile Door Bar Dislodging the Reason Analysis and the Countermeasure

Abstract This paper gives a detailed analysis of oriental turbine factory production of 300MW steam turbine high pressure adjusting door in door rod extrusion operation， causes the valve to close the reasons and put forward countermeasures， and points out the maintenance process to improve the safe operation of the unit 's importance.

Key words steam turbine； high pressure adjusting door； extrusion

1 情況介紹

包頭第二熱電廠投產(chǎn)的CZK300/250-16.7/0.4/538/538型機組、亞臨界、單軸、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排氣單軸采暖抽汽直接空冷式汽輪機組。汽輪機高壓缸進(jìn)汽由兩個高壓主汽門和四個高壓調(diào)節(jié)門（簡稱高調(diào)門）控制，如圖1所示，高調(diào)門運行方式根據(jù)負(fù)荷大小采用單閥或順序閥。其中#3機組2006年投產(chǎn)，歷經(jīng)2次大修、6次小修，末次大修時間為2012年6月。

2 事件起因

2009年3月04日20：10 #3機組負(fù)荷260MW，檢查發(fā)現(xiàn)#3機#2高調(diào)門就地開度比其他3個調(diào)門明顯增大且油動機整體上移，DEH顯示高調(diào)門閥位：指令：36%，反饋：26.2mm，其他參數(shù)未見異常，經(jīng)確認(rèn)為#2高調(diào)門彈簧上壓蓋與兩豎桿連接螺栓已大部分脫開，彈簧上端蓋連同油動機閥位反饋裝置整體上移，閥門已無法正常開關(guān)。降負(fù)荷過程中#2軸承振動由6絲逐漸升至10.8絲，逐步降低主汽壓至14.5MPa，使高調(diào)門增大開度，#2軸承振動逐漸下降至7.4絲。原因為：當(dāng)?shù)拓?fù)荷時若維持主汽壓不變的話，由于#1GV全開，勢必導(dǎo)致其他三個門開度變小，進(jìn)汽量不均，使#2軸承振動明顯增加。

同類事故：同類型#4機組出現(xiàn)故障2次（2＃高調(diào)門1次， 4＃高調(diào)門1次）

3 檢修情況及分析原因

2008年10月#3機組大修，#4高調(diào)門解體發(fā)現(xiàn)門桿頭部（如圖2）（此處有螺紋，但加工有止動橫銷孔，？0mm，L=120mm）發(fā)生橫向斷裂。因止動橫銷（簡稱橫銷）未脫出，所以#2高調(diào)門大修前運行穩(wěn)定，未見異常。

門桿頭斷裂的原因分析：（1）受力。長期運行中蒸汽對門桿產(chǎn)生軸向周期性激振力，門桿頭部以及連接螺紋部分容易產(chǎn)生疲勞損壞。（2）加工工藝。門桿頭橫銷孔采用鉆孔后再鉸孔加工而成，孔邊緣呈現(xiàn)刀鋒狀，形成典型的應(yīng)力集中點，裂紋一旦形成后就會迅速發(fā)展為斷裂。（3）材質(zhì)。門桿材質(zhì)2Cr12NiMo1W1V，工作于高溫下，為增加其抗高溫氧化能力，表面進(jìn)行了特殊的滲氮處理，形成一層厚約0.5mm的氮鐵化合物，其硬度、耐磨性、抗氧化性大大增加，相應(yīng)的脆性增大，韌性降低。（4）裝配工藝不當(dāng)。東汽廠高調(diào)門裝配圖工藝要求：冷態(tài)安裝，門桿旋入十字套內(nèi)，需要對門桿施加152N*M的扭力，然后裝入橫銷。即要求冷態(tài)安裝后門桿與導(dǎo)向套完全緊力接觸，禁止留有間隙。熱態(tài)運行時，由于門桿被包在導(dǎo)向套內(nèi)部，溫度高于導(dǎo)向套，其軸向線性膨脹量大于導(dǎo)向套，上述緊力配合依然能得到保證。因此門桿熱態(tài)運行時，門桿受到蒸汽的軸向激振力，此力會直接傳 遞至導(dǎo)向套，從而使門桿的連接螺紋不受激振力的作用，因為連接螺紋部位是更易發(fā)生損壞的應(yīng)力集中點，這樣就防止了螺紋的疲勞損壞。實際情況并非如此，4個高調(diào)門不同程度存在不符合技術(shù)要求的現(xiàn)象，即冷態(tài)時回裝門桿，施加152N*M扭力矩后，門桿橫銷孔與導(dǎo)向套橫銷孔發(fā)生了錯位現(xiàn)象，橫銷無法順利裝入。為了能順利安裝銷，必須要將門桿輕微旋退，如果按照橫銷孔錯位2mm、門桿連接螺紋為M50*2計算，門桿需要退出約0.025mm，即門桿頭與導(dǎo)向套存在0.025mm的間隙，這又不符合技術(shù)要求的緊力配合。如果檢修人員忽視了裝配技術(shù)要求，圖省力而草率地安裝，就會留下安全隱患。

橫銷孔錯位的兩個主要原因：①零部件出廠時加工尺寸未達(dá)到技術(shù)精度要求；②門桿長期運行于高溫、受力狀態(tài)下，連接螺紋受拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、振動疲勞破壞和高溫氧化等影響，表面產(chǎn)生變形、缺損，裝配間隙隨之發(fā)生變化。（5）橫銷變形。橫銷受力后產(chǎn)生輕度彎曲變形，檢修時未予更換，強行安裝時由于不同心橫銷對銷孔邊緣產(chǎn)生較大的擠壓力，銷孔邊緣受力狀態(tài)進(jìn)一步惡化，開裂的可能性急劇增大。（6）沖擊應(yīng)力。機組在大小修后期經(jīng)常做DEH混防試驗、大聯(lián)鎖試驗、開機時做超速試驗以及運行中緊急停機，高調(diào)門都會在0.3～0.5秒內(nèi)迅速關(guān)閉，設(shè)計上由于高調(diào)門門桿與閥碟之間不存在（如高壓主汽門閥芯內(nèi)部安裝的）緩沖彈簧結(jié)構(gòu)，使得門桿受到多次強烈撞擊，門桿頭的沖擊應(yīng)力尤為嚴(yán)重，進(jìn)一步加劇了橫銷孔的裂損。

4 處理措施及改進(jìn)

造成閥桿脫落的原因有很多，它和整臺機組的整體設(shè)計、閥桿組件的組配安裝、機組的運行工況等都有關(guān)系。

（1）高調(diào)門的檢查情況：高調(diào)門閥桿與十字導(dǎo)向套連接處止轉(zhuǎn)銷斷裂成3段，閥桿螺紋大部分嚴(yán)重?fù)p傷。說明螺紋已脫扣，閥桿與十字套已在運行中處于似離非離狀態(tài)。因此在運行中調(diào)整該閥時出現(xiàn)有時可變汽量、有時卻不變汽量的現(xiàn)象。因此更換該閥的閥桿及十字套。重新加工組裝閥桿部件，調(diào)整預(yù)啟閥行程至5.02mm，保持閥桿與閥套間隙0.28mm，并使主閥與閥套間隙0.35mm，閥桿與十字套加調(diào)整墊環(huán)并旋緊后鉸孔裝配€%O10止轉(zhuǎn)銷，回裝前測閥門密封線100%接觸。

（2）高調(diào)門的檢查情況：高調(diào)門閥桿與十字導(dǎo)向套連接處止轉(zhuǎn)銷與銷孔存在較大間隙，已不能起到止轉(zhuǎn)作用，閥桿螺紋有個別螺扣存在輕微缺損，經(jīng)清理打磨后在原銷孔處重新鉸孔（€%O10）配新止轉(zhuǎn)銷；測量預(yù)啟閥行程4.18mm，閥桿與閥套間隙0.26mm，主閥與閥套間隙0.45mm，回裝前測閥門密封線100%接觸。

（3）高調(diào)門的檢查情況：高調(diào)門閥桿與十字導(dǎo)向套連接處止轉(zhuǎn)銷斷裂成3段，閥桿螺紋有個別螺扣存在輕微缺損，經(jīng)清理打磨后在原銷孔處重新鉸孔（€%O10）配新止轉(zhuǎn)銷，并更換調(diào)整墊環(huán)=7.3mm；測量預(yù)啟閥行程4.38mm，閥桿與閥套間隙0.26mm，主閥與閥套間隙0.35mm，回裝前測閥門密封線100%接觸。

5 調(diào)節(jié)汽閥閥桿防脫落改進(jìn)措施

閥桿與十字連接套之間采用焊接方式連接，采用這種方式必須選用進(jìn)口特種焊條，預(yù)熱（180℃～200℃）焊接的方法。其特點是修復(fù)成本低，但是會導(dǎo)致下次檢修時閥桿與十字連接套無法拆卸，只能徹底更換閥桿和十字連接套。檢修成本較高。

連接方式改造：

改造前結(jié)構(gòu)如圖3所示。

這種結(jié)構(gòu)由于閥門關(guān)閉瞬間強大的反作用力作用到螺紋結(jié)合面上，使螺紋發(fā)生嚴(yán)重變形，造成止轉(zhuǎn)銷斷裂，最終導(dǎo)致閥桿脫落。

改造后結(jié)構(gòu)如圖4所示。

改造后結(jié)構(gòu)設(shè)計為：十字連接套按補充加工圖后，依次裝入墊環(huán)、提升螺母（與十字連接套的配合為動配合）、園柱銷、螺塞（旋入到位，以旋不動為準(zhǔn)）后，此時提升螺母上端（左端）與十字連接套內(nèi)孔上端設(shè)計有3mm間隙（即提升螺母上端始終不會與十字連接套接觸，見圖示）然后旋入閥桿，閥桿上端與墊環(huán)頂死，同時提升螺母下端與螺塞上端面頂死，此時提升螺母上端與十字連接套間隙仍為3mm。閥門開啟時提螺母帶動閥桿往上移動，閥門被開啟；當(dāng)閥門關(guān)閉時產(chǎn)生的瞬間反作用力經(jīng)閥桿作用到墊環(huán)上，提升螺母基本上不受沖擊力，兩者螺紋結(jié)合部位不可能損壞，從根本上徹底解除了閥桿脫落。

6 反思

（1）檢修人員對設(shè)備的結(jié)構(gòu)及原理必須要有全面的理解和掌握，要求具體到每一個細(xì)節(jié)問題。任何對設(shè)備（尤其是進(jìn)口或引進(jìn)國外技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品）的更改或者變動都必須經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員的論證后才能進(jìn)行，任何未經(jīng)過技術(shù)論證的行為都會付出不應(yīng)有的代價。（2）完善的高調(diào)門檢修工藝是保證其長期安全運行的前提條件，其中人員素質(zhì)占有主導(dǎo)地位。進(jìn)一步加強檢修人員的技術(shù)培訓(xùn)工作，提高整體的技能水平，應(yīng)是目前的重要關(guān)注點，只有這樣才能確保設(shè)備的檢修質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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