330 MW汽輪機主汽調節閥部件優化改造

洪加存，龐華豪

（湛江電力有限公司，廣東湛江 524099）

330 MW汽輪機主汽調節閥部件優化改造

洪加存，龐華豪

（湛江電力有限公司，廣東湛江 524099）

分析330 MW汽輪機主汽調節閥存在的振動及偏轉問題，提出改進方案，改造優化后，提高了機組的安全性和經濟性。每臺機組改造后大約可以減少經濟損失22.4萬元。

主汽調節閥；振動；偏轉；優化；改造

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.74

0 前言

某電廠1～4#汽輪機組為一次中間再熱兩缸兩排汽凝汽式汽輪機，為東方汽輪機廠生產的N300-16.7-537/537-3型（合缸）。2010-2013年，1#～4#機組相繼進行增容改造，改造為N330-16.7/537/537型汽輪發電機組。除了對汽輪機本體進行改造外，亦對相應高壓主汽閥組亦進行更換。

改造后，1#～4#機組的經濟性和出力均得到明顯提高，有效降低機組熱耗。但由于主汽調節閥在結構設計上仍存在不完善之處，不利于機組安全運行。

1 存在問題

機組增容改造后，主汽調節閥在運行中出現振動較大現象，特別是1#，2#主汽調節閥，多次出現因防轉銷斷落引起門桿轉動、門桿螺紋磨損嚴重、調門操縱座連接軸發生松脫甚至斷裂等現象。在運行中發生因連接套脫落造成調門關閉引起機組甩負荷甚至導致機組跳機事故，嚴重影響機組安全運行。雖然閥組生產廠家對系列調門進行防轉動改進，采取了一些措施，但主汽調節閥在低負荷段及負荷波動時仍受汽流激振影響，調門門桿振動仍較大，未消除閥門隱患。

2 原因分析

綜合分析認為，1#～4#主汽調節閥在防偏轉、防松動方面設計時考慮欠缺，原設計閥體內部無閥桿防轉動結構，閥桿的防轉僅通過閥桿與操縱座連接軸之間一根Φ12 mm的銷子進行固定，而閥體內部的預啟閥、主汽調節閥閥碟和汽封套筒部件均無防轉設計。當機組低負荷運行時，調門開度較小，因流道截面不均，容積的突變及氣流方向改變等，使汽室內的汽流產生湍流，或因機組調峰負荷不穩汽流壓力波動產生汽流激振，使調門閥桿、閥芯等部件在上下方向產生高頻振動，在水平方向對調門閥桿、閥芯等部件產生偏轉作用力。受汽流激振擾動影響，主汽調節閥閥桿、閥芯等部件產生振動及偏轉作用力逐步疊加放大，并逐級傳遞，最后沿閥桿傳遞至連接軸。因剛度不夠，偏轉作用對閥體內部各部件產生的剪切應力集中在門桿與連接套的連接固定銷子及鎖緊螺母處，在長期的周期性剪切應力作用下銷子達到疲勞極限而被切斷；而長期的高頻振動使閥桿與連接套的鎖緊螺母松動，不斷摩擦振動，造成閥桿螺紋損壞或連接軸疲勞斷裂。

3 優化改造思路、方案和效果

3.1 改造思路

從上述分析可以看出，運行過程中機組汽流激振對主汽調節閥閥體內部產生的剪切應力傳遞集中在連接套固定銷子與緊固螺母處，高頻的連續作用使連接套處銷子產生金屬疲勞最終被切斷，使螺母松動導致連接套脫落。因此，閥體內部的防轉設計，一方面應加大容易被剪切部位的剛度，措施為主汽調節閥閥桿與連接套連接的部位改進，閥桿頭部螺紋伸出連接套頂端，取消防轉銷，改用雙螺母緊固，防止螺母松動和磨損；另一方面應考慮減弱汽流激振的產生并分散、減弱偏轉等對螺桿的剪切作用，具體是對門桿、預啟閥、高調閥閥碟和套筒等進行防轉設計，閥桿及閥碟采用方形及棘輪狀設計，汽封套與大閥碟采用槽道卡位設計，防止閥桿與閥碟轉動，汽封套增設平衡孔，減少汽流脈動沖擊下產生軸向和徑向振動。

3.2 改造方案

（1）閥桿增加防轉結構，原圓型的中下部設計為棘輪狀，對應閥芯內部亦設計為棘輪狀,閥桿穿過閥碟處加工成方頭，閥碟對應處加工成方孔，四角預留預啟閥漏汽面積，間隙0.5～0.6 mm（圖1），此間隙大于閥碟與密封套筒的間隙，以平衡汽壓減少閥碟、閥桿振動的產生。

圖1 閥桿防轉結構示意

（2）在高調閥原汽封套筒上加工2個75 mm×52 mm的導向槽與調門閥芯伸出2個防松凸耳配合。

（3）門桿和連接軸合并，設計為加長門桿，門桿與連接套連接螺紋增加至180 mm以上，使連接剛度比原來連接結構增強。閥桿頭部螺紋伸出聯接套頂端用雙螺母緊固（圖2）。

圖2 閥桿與連接套連接

（4）高調閥原閥套上的2×Φ25 mm固定銷子取出，并在兩孔基礎上加擴孔安裝Φ30 mm的螺紋銷（回裝時裝上并沖牢）。

（5）在高調閥原閥套同一圓周面加開4個4×Φ5 mm的平衡孔，減少調門氣流擾動。

3.3 改造效果

調節閥閥體內部防轉動結構改進后，汽流激振對門桿的作用力減弱，調節汽閥內部件在氣流擾動時不再轉動。改造后運行至今未出現調門與連接套連接松動磨損現象，也未發生門桿磨損和連接套斷裂等事故。機組A修主汽調節閥解體檢查發現防轉動結構沒有磨損現象，牢固可靠，改造后運行良好。

主汽調節閥防轉改造徹底解決了因振動、偏轉作用造成調門閥芯轉動、調門門桿與連接套脫落等引起機組甩負荷甚至跳機等不安全隱患，提高了機組的運行安全性。提高機組一次調頻能力，增加電網安全性。

4 經濟效益分析

改造前為了減少調門振動和偏轉隱患對機組的安全影響，提高機組的安全性能，每臺機組1#，2#主汽調節閥每年須解體檢修一次 ，一個調門檢修費用約8萬（表1）。

表1 主汽調節閥檢修費用表

運行中出現主汽調節閥閥桿、閥芯轉動或連接套與閥桿的緊固螺母脫落等事件時，為了機組安全運行須限制負荷在220 MW以下并強制關閉該調門。每次檢修處理時間約8 h，按每臺機組每年平均出現2次調門該情形事件，每次負荷降幅按平均8萬kW計算，每年每臺損失電量為128萬kW·h，利潤按0.05元（/kW·h）計算，每臺機組約損失利潤6.4萬元。如機組出現連接套及閥桿斷裂事故，造成跳機或需要停機處理，則損失更大。

不考慮跳機或停機處理造成的經濟損失，每臺機組改造后大約可以減少經濟損失22.4萬元，每臺機主汽調節閥改造費用約30萬元，一年半減少的經濟損失就超過了投資總額，經濟效益明顯。

5 結束語

2015年10月1#～4#機組主汽調節閥全部改造完畢，所有主汽調節閥已經歷一年以上實踐檢驗，調門運行穩定，未出現轉動和門桿與連接套磨損脫落等事件，說明優化改造方案合理，改造效果顯著，可為類似主汽調節閥的防振動防偏轉提供借鑒。

［1］李登峰.汽輪機高調門閥桿斷裂故障的改造優化探索［J］.冶金動力，2010（1）：46-47.

TM311

B

〔編輯 吳建卿〕