臥式高壓主汽閥碟與閥座間隙問題的分析與處理

孫 強 房貴明 袁連平 胡開吉 張桂明

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

臥式高壓主汽閥碟與閥座間隙問題的分析與處理

孫 強 房貴明 袁連平 胡開吉 張桂明

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

文章針對現場裝配過程中高壓主汽調節閥閥碟與閥座存在間隙問題進行分析并提出處理方案，為以后處理或避免同類技術問題提供了借鑒和參考。

閥碟；閥座；間隙

1 前言

高壓主汽閥是汽輪機進汽的總閥門。汽輪機正常運行時，主汽閥全開；汽輪機停機時，主汽閥關閉。其主要功能是，運行中汽輪機的任一遮斷保護裝置動作時，主汽閥應能快速關閉，實現停機。若其中的閥碟與閥座的接觸面存在間隙，則會帶來高溫高壓氣體的泄漏，影響機組的停機動作，從而引發安全事故，因此閥碟和閥座的接觸面要求很嚴格。為此，閥門模塊首先在廠內進行總裝，待滿足接觸面整圈接觸后發往現場進行裝配。在現場裝配的過程中，閥門模塊還需進行主蒸汽管道閥門水壓試驗來確認閥門接觸的嚴密性。

2 問題闡述及分析

在某現場首臺臥式高壓主汽閥安裝時水壓試驗的灌水過程中，左上高壓主汽閥出現泄漏問題，經檢測后發現其閥碟與閥座閉合不嚴。重新進行紅丹粉接觸檢查， 發現僅有小半圈接觸 （長約200mm， 其理論接觸長度約為 1790mm）。 用塞尺進行測量， 發現其密封接合面最大間隙為 0.2mm。

閥門模塊發往現場前，需對其接觸面進行紅丹粉檢查，且保證接觸合格。因此，其接觸面的加工已符合要求。而閥門模塊廠內總裝與現場裝配的主要區別為閥門的狀態，其中廠內預裝為豎直狀態，現場裝配為水平狀態，在重力的作用下會導致一定量的變形及錯位，此可能為出現間隙的主要原因之一。

高壓主汽閥零部件較多，各零部件的變形及加工超差均有可能帶來間隙的超差，這樣分析起來便較為復雜。于是分析其接觸面結構，將高壓主汽閥結構進行簡化。其裝配圖及簡圖如圖1所示。 其中， 閥座圓弧面圓心距離 D=850mm， 閥碟圓弧面圓心距離 d=500mm， 閥座圓弧面半徑 R= 160mm， 閥碟圓弧面半徑 r=40mm。

圖1 高壓主汽閥裝配圖及簡圖

圖2 偏移和旋轉偏差時閥門裝配簡圖

分析其結構簡圖可以發現，偏移和旋轉的出現均會造成間隙的出現 （見圖2）。 其中發生偏移和旋轉時，間隙量的理論計算公式為：

其中，當 Δ和θ極小時， 其計算公式可以簡化為 δ=1.75Δ， δ=242θ。

由此得出， 隨Δ 和θ的變大， 間隙量δ會不斷變大， 因此應嚴格控制其偏移量Δ和旋轉量θ。經過對閥門結構及裝配要求的分析，影響接觸間隙的因素主要有以下幾點：

（1） 主汽閥殼上閥蓋安裝密封面與閥座中心線垂直度；

（2） 主汽閥碟閥桿組件和閥蓋的安裝配合間隙；

（3） 主汽閥蓋安裝密封面與主汽閥碟閥桿組件中心線垂直度；

（4） 閥蓋和閥碟閥桿組件與主汽閥殼和閥座組件同軸度；

（5） 主汽閥殼的閥蓋安裝孔與閥座中心線垂直度；

（6） 主汽閥蓋錯位量。

2.1 不同因素的測量及其對間隙量的影響

下面對上述可能出現的原因進行具體測量及分析，并將變化轉換到圖2平面上，以便對間隙量進行簡單的預估。

2.1.1 主汽閥殼的閥蓋安裝密封面與主汽閥座中心

線垂直度

現場裝配中，使用內徑千分尺圓周均向測量主汽閥殼的閥蓋安裝密封面與主汽閥座之間安裝距離尺寸 h （見圖3）。 通過 h 值的計算， 得出垂直度值。

圖3 閥殼閥座測量圖

將其轉換到圖2 所示平面上， 則 Δ=Hθ-dθ/2；θ=θ。

2.1.2 主汽閥碟閥桿組件和閥蓋安裝配合間隙

圖4 閥蓋安裝配合簡圖

主汽閥碟閥桿組件和閥蓋間的安裝配合存在多處間隙 （見圖4）。 分別用內、 外徑千分尺測量閥蓋閥殼配合尺寸及閥蓋兩處襯套Ⅰ、Ⅱ與主汽閥碟配合尺寸， 實測孔/軸配合尺寸， 從而計算出間隙量。

由于間隙的存在，閥桿組件在一定范圍內晃動變形，從而彌補加工誤差所帶來的偏移。若間隙值較小，則無法通過調整滿足整圈接觸的要求，從而遺留一定量的間隙。

2.1.3 主汽閥蓋安裝密封面與主汽閥碟閥桿組件中

心線垂直度

將主汽閥蓋放在精密數控立車上檢測閥蓋安裝密封面與兩處安裝襯套Ⅰ和襯套Ⅱ中心線的垂直度 （見圖5）。

圖5 閥蓋與襯套內孔同軸度、垂直度

將其轉換到圖2 所示平面上， 則 Δ=Hθ-dθ/2；θ=θ。

2.1.4 閥蓋和閥碟閥桿組件與主汽閥殼和閥座組件

同軸度

在精密數控立車上，按圖5中閥蓋配合安裝外圓 “配合面 A” 找正閥蓋， 跳動均在 0.02mm 范圍內。然后分別用百分表測量圖中襯套Ⅰ的內孔①、 襯套Ⅱ的內孔②跳動量和垂直度 （見圖6和圖7）。

圖6 立車上實測閥蓋形位公差

圖7 測量襯套內孔跳動

2.1.5 主汽閥殼的閥蓋安裝孔與主汽閥座安裝孔同軸度

圖8 閥殼閥座偏心示意圖

主汽閥殼安裝孔與主汽閥座的同軸度測量見圖8， 由于裝配后測量設備無法準確定位， 只能查詢加工數據進行分析計算。將偏心量轉換到圖2所示平面上， 則 Δ=φ。

2.1.6 主汽閥蓋錯位量

現場裝配時，主汽閥蓋在水平狀態下進行裝配。這就導致閥蓋在自重的作用下會向閥殼內孔下側偏移，從而造成閥蓋與閥殼中心出現偏差（見圖9）。 將錯位量轉換到圖2 所示平面上， 則Δ=b。 為避免錯位量的出現， 復裝時， 在閥蓋裝進閥殼后應繼續使用吊車向上承力吊住，使閥蓋與閥殼四周的間隙均等，避免造成閥蓋中心與閥殼中心偏差， 見圖9 （a）。

圖9 旋轉 45°易帶來的間隙差異

2.1.7 其他因素

除以上因素外，閥桿的撓度變形，閥碟、閥座球心的加工偏差等都會帶來結構的變化，均會對閥碟和閥座的接觸帶來一定的影響。但由于其測量及分析存在一定難度，在這里先不進行討論。

2.2 整體分析

考慮到Δ和θ均在極小的范圍內進行變動，因此可用 δ=1.75Δ+0.242⊥來初步進行間隙的分析。且多種因素的存在均會對閥碟與閥座間的接觸產生影響。由于零件均存在一定的設計公差，加工偏差若都趨于一個方向，零件均是合格的，但裝配在一起后，若偏差得到累積，則會帶來較大的間隙。因此，在安裝時，需采用修配法進行解決。

2.3 測量結果及分析

對以上不同因素進行測量及核對，襯套Ⅰ、Ⅱ處存在 0.16～0.22mm 垂直度的偏差， 此可能為造成間隙出現的原因之一。且通過理論計算得出，此垂直度偏差有可能帶來 0.2mm 間隙量的出現。

3 解決方案

通過以上分析，可提出襯套Ⅰ、Ⅱ垂直度偏差的修正方案及裝配注意事項。為了證實分析的正確性，實際裝配過程中，采用在閥蓋密封面加墊片調整閥蓋密封面與主汽閥座的垂直度方法，直到閥碟與閥座密封面接觸合格為止。然后按加墊片厚度和方位確定了閥蓋修配量 （見圖10）。 其調整過程見表1。

圖10 閥蓋加工位置

表1 閥碟與閥座接觸調整過程記錄表

從表1 可以發現， 墊片厚度為 0.2mm、 0.3mm和 0.4mm 時， 閥碟與閥座間均無間隙。 但考慮到一定的加工余量， 其返修方案確定為： 按圖10返修閥蓋密封面， 加工量 A 為 0.3mm， 粗糙度保證R0.8。 返修后， 重新進行試裝， 對閥碟與閥座密封面進行間隙及接觸檢查， 檢查結果為： 0.02mm塞尺不入，紅丹粉整圈接觸，無斷線。重新進行主蒸汽管道閥門水壓試驗，未出現泄漏情況。

4 結論

影響高壓主汽閥碟與閥座間的接觸有多種因素，包括零部件加工、裝配偏差以及設計形位公差累積等。通過上述分析，提出通過配加工主汽閥蓋安裝法蘭密封面的方法來解決。此外，考慮到水平裝配與豎直裝配的差異，在廠內裝配后還需進行水平狀態的接觸檢查。要保證主汽閥現場質量與進度，廠內裝配十分必要，通過廠內的加工及裝配質量控制，避免在現場發生類似情況。

Analysis and Processing for the Clearance between Valve Disc and Valve Seat of Horizontal Type HP MSV

Sun Qiang， Fang Guiming， Yuan Lianping， Hu Kaiji， Zhang Guiming
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The papermade an analysis for the clearance between valve disc and valve seat of HPMSV during the turbine assembly in power plant,and proposed treatment schemes for the clearance.The paper provided some references to dealw ith or avoid such technical problem s.

valve disc,valve seat,clearance

孫強 （1988-）， 男， 助理工程師， 2010 年畢業于清華大學機械工程及自動化專業， 現從事汽輪機制造工藝研究工作。