發(fā)電廠1000 MW高壓主汽門研磨技術(shù)研究

楊學(xué)東，趙海林

（銀川怡祥礦山機(jī)械制造有限公司，銀川 750021）

1000 MW汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中主汽門門蓋密封面有漏汽現(xiàn)象，檢修發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)周期運(yùn)行中，受高溫高壓蒸汽作用，門蓋中部容易產(chǎn)生變形形成上拱，密封件無(wú)法形成完全密封，造成高壓蒸汽泄漏。因高壓主汽門尺寸規(guī)格較大，常用的研磨工具無(wú)法解決，本文所述的工藝和裝備意在解決大直徑門蓋和閥座密封面的修復(fù)問(wèn)題。

1 漏氣原因分析

高壓調(diào)閥在檢修結(jié)束并運(yùn)行一段時(shí)間后，閥殼與閥蓋間的中分面就會(huì)出現(xiàn)漏氣的情況，這就表明閥殼與閥蓋密封面的密封能力被破壞，出現(xiàn)了局部的通流間隙。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，泄漏的蒸汽會(huì)逐步腐蝕并沖刷金屬纏繞墊等密封材料，泄漏的縫隙會(huì)越來(lái)越大，使得蒸汽外漏的情況更加嚴(yán)重[1]。

1.1 閥蓋與閥殼密封面加工工藝的影響

高壓調(diào)閥的閥蓋和閥殼密封面因?yàn)樽冃味a(chǎn)生不平整或不平行，就會(huì)使得金屬纏繞墊的一些部位壓緊狀態(tài)不夠，使得結(jié)合面的密封性能無(wú)法得到保證。

高壓調(diào)閥解體時(shí)，使用壓鉛絲的方式測(cè)量密封面的平行度，檢查發(fā)現(xiàn)：閥蓋與閥殼密封面配合平行度擁有圓周不平行的狀況，一些部位有張口。再使用壓印紅丹的方式展開(kāi)平整度測(cè)量，也能發(fā)現(xiàn)某些部位不平整的狀況。因?yàn)殚y殼密封上具有某種程度的變形，讓原來(lái)的規(guī)整密封面圓周變形漸漸變?yōu)闄E圓形。實(shí)地?cái)?shù)據(jù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該橢圓狀密封面的長(zhǎng)軸比原來(lái)的密封面直徑提升3 mm左右，變形率達(dá)到1%，使得原來(lái)尺寸的金屬纏繞墊無(wú)法正常緊湊地放進(jìn)密封面凹肩位置。

有關(guān)分析認(rèn)為，因?yàn)楦邏赫{(diào)閥中的分面加工工藝存在缺陷和閥殼材料熱處理技術(shù)存在不足，其某些部位在高溫高壓的工作狀況下會(huì)出現(xiàn)變形，致使閥殼和閥蓋在密封面配合的情況下存在張口，這是使得蒸汽泄漏的重要原因之一[2]。

1.2 金屬纏繞墊材質(zhì)因素

金屬纏繞墊是確保高壓調(diào)閥中分面密封的重要結(jié)構(gòu)，金屬纏繞墊的大小、材料是否滿足使用條件，會(huì)對(duì)高壓調(diào)閥中分面密封的質(zhì)量起著直接的影響。根據(jù)對(duì)已有的若干次高壓調(diào)閥解體檢查結(jié)果進(jìn)行的分析來(lái)看，閥蓋和閥殼密封面中金屬纏繞墊都有十分嚴(yán)重的吹損狀況，這是使得高壓調(diào)閥中分面漏氣的根本因素[3]。

按照廠家的設(shè)計(jì)資料，原來(lái)的金屬纏繞墊大小 為315.5 mm×280 mm×4.5 mm，由 304薄鋼帶與石墨填充料交替纏繞而成。其中，304薄鋼帶材料是0Gr18Ni9，構(gòu)成填充料的柔性石墨工作溫度在-200～650℃；最高能夠應(yīng)用在650℃的非氧化工作環(huán)境（在氧化介質(zhì)時(shí)最高能夠使用的溫度為450℃）。比較汽輪機(jī)的進(jìn)氣參數(shù)能夠發(fā)現(xiàn)，該纏繞墊已經(jīng)達(dá)到工作范圍的最高值，長(zhǎng)時(shí)間在高壓高溫中運(yùn)行，會(huì)影響材料的穩(wěn)定性。

2 閥門泄漏的治理措施

現(xiàn)在各個(gè)電廠對(duì)于閥門密封面缺失的修復(fù)，大多使用研磨方式，閥芯與閥座密封面的相互研磨，對(duì)于解決閘板閥等平面密封閥門問(wèn)題是一種較好的方式，但是對(duì)于使用曲面密封方式的閥門（閥座是雙曲面、閥芯密封面是球形），研磨會(huì)使得閥門密封面出現(xiàn)環(huán)型凹坑、“臺(tái)階”，即使存在所謂的“密封線”，但是也無(wú)法較好地滿足機(jī)組所需要的密封效果，事實(shí)上損壞了閥門的型面，對(duì)閥門產(chǎn)生更深的傷害。

對(duì)于較小的閥門來(lái)說(shuō)，可以把它從管道中切割下來(lái)，返廠在數(shù)控機(jī)床中加工，加工出曲面后展開(kāi)精密研磨。對(duì)于鑄造在閥體上、不能拆卸的大型閥門，如調(diào)速汽門、主汽門，就要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閥芯與閥座展開(kāi)高精度曲面加工，從而復(fù)原閥門密封面的技術(shù)參數(shù)，確保其能夠正常使用[4]。

3 現(xiàn)有設(shè)備問(wèn)題

現(xiàn)有閥座直徑達(dá)φ1360 mm，第一密封面區(qū)間φ606～710 mm，第二密封區(qū)間φ564～606 mm，兩個(gè)密封面高低差2.2 mm，因直徑較大，以往常用的研磨工具不滿足研磨直徑要求，而且表面沖蝕嚴(yán)重，研磨量接近1 mm，人工研磨無(wú)法完成。如圖1所示，局部小面積沖蝕深坑可以用激光冷焊補(bǔ)起來(lái)，但是沖蝕面積較大的區(qū)間缺陷就不建議用激光冷焊全部修補(bǔ)，而采取激光冷焊補(bǔ)焊一部分再研磨掉一部分的辦法修復(fù)。由于閥座體積較大，與其他部件連接緊密，不要求離線修復(fù)，用戶提出：閥座在線研磨修復(fù)，門蓋離線修復(fù)。

圖1 閥座沖蝕缺損表面照片

4 修復(fù)技術(shù)要求

第一密封區(qū)尺寸范圍是φ606～710 mm，采用特殊材料制作的C型環(huán)密封措施。C型密封環(huán)是用戶與廠家協(xié)商增加的一道密封，故除了要在門蓋上加工容留槽外，閥座上與C型密封環(huán)表面接觸部位需要研磨以達(dá)到粗糙度要求，考慮到兩處密封面在密封過(guò)程中同時(shí)施加預(yù)緊力，所以將兩個(gè)密封面高度差控制在2.2 mm。

第二密封區(qū)尺寸范圍是φ564～606 mm，該區(qū)間密封采用金屬纏繞墊密封。兩個(gè)密封面粗糙度要求Ra1.6 μm，研磨面要求與閥體內(nèi)徑表面垂直度小于0.05 mm，密封面高低落差2.2±0.1 mm。

門蓋離線修復(fù)：先將門蓋與第一密封區(qū)相關(guān)端面加工平整（加工深度不超過(guò)1 mm），粗糙度要求Ra1.6 μm；按照尺寸要求加工第二密封區(qū)臺(tái)階，粗糙度要求Ra1.6 μm；加工C型環(huán)容留槽，容留槽底面粗糙度要求Ra1.6 μm。

5 修復(fù)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)具備修復(fù)條件。筆者確定的修復(fù)方案是：清除閥座結(jié)合面、密封面周邊表面氧化層，清理閥座臺(tái)階處和棱邊毛刺，消除安全隱患便于下一步工作順利進(jìn)行；激光冷焊填補(bǔ)局部較深的沖蝕部位缺陷，注意焊縫邊沿不得出現(xiàn)咬口，且過(guò)渡圓滑；角磨機(jī)修磨冷焊堆起和高出部分，修磨時(shí)打磨面不得低于待研磨平面，然后研磨面清理干凈并用平尺檢查整體研磨面無(wú)明顯高于0.5 mm或者低于0.5 mm缺陷，否則重復(fù)第二步驟的工作；安裝研制的專用工具分別研磨第一密封區(qū)間和第二密封區(qū)間，如圖2所示；參考技術(shù)要求，按照修復(fù)后實(shí)測(cè)的第一和第二密封區(qū)高度差加工容留槽，保證兩個(gè)密封部位預(yù)緊力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2 閥座表面研磨工裝結(jié)構(gòu)

6 研磨工具介紹

減速機(jī)采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率0.75 kW，輸出轉(zhuǎn)速20 r/min，扭矩230 N·m；減速機(jī)安裝在底板上，底板連接有兩根1＂焊管，長(zhǎng)度1.7 m，焊管兩側(cè)與閥座連接大螺栓之間用合適方木支撐，兩個(gè)人分別扶住焊管即可；減速機(jī)輸出軸與驅(qū)動(dòng)軸之間選擇間隙配合，便于更換研磨片時(shí)能夠快速抽掉；浮動(dòng)連接套與旋轉(zhuǎn)軸之間同樣選擇間隙配合，一方面機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng)調(diào)心，另一方面浮動(dòng)研磨盤依靠自重?zé)o阻礙提供磨削力。

浮動(dòng)研磨盤與旋轉(zhuǎn)軸之間選擇間隙配合，能夠使浮動(dòng)研磨盤自動(dòng)找垂直，滿足垂直度要求，浮動(dòng)研磨盤下部均勻粘貼研磨砂紙，由于選擇間隙配合，更換研磨砂紙方便快捷；定位鼓起定心作用，安裝時(shí)操作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整定位，定位偏移量不超過(guò)0.50 mm，垂直度不超過(guò)0.25 mm即可使用。旋轉(zhuǎn)軸與定位鼓之間采用滑動(dòng)軸承配合，使用前加注一定量的潤(rùn)滑脂，長(zhǎng)時(shí)間使用應(yīng)每隔半小時(shí)補(bǔ)充一次；此研磨工裝制作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，使用方便，研磨效果客戶滿意。

7 大口徑閥門端面在線研磨工具發(fā)展展望

閥門密封面主要有平面密封、錐面密封、球面密封三種型式，大口徑閥門端面結(jié)合面主要以端面密封型式存在，由于閥門使用位置、型號(hào)不同，法蘭端面尺寸也不同[5]。閥門端面研磨工具驅(qū)動(dòng)型式基本以電驅(qū)動(dòng)為主，從本文所述斷面研磨工具現(xiàn)場(chǎng)試用效果看，基本滿足使用要求，它是針對(duì)時(shí)間緊、工期短而設(shè)計(jì)的一套實(shí)用工具，當(dāng)閥門結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化時(shí)需要重新加工序號(hào)7浮動(dòng)研磨盤和序號(hào)9定位鼓，故也給該研磨裝置提出了改進(jìn)空間。

改進(jìn)目標(biāo)包括：浮動(dòng)研磨盤設(shè)計(jì)為直徑調(diào)整型，利于不同端面直徑或者研磨直徑要求；驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為調(diào)速機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同直徑要求下的轉(zhuǎn)速要求；定位鼓設(shè)計(jì)為帶調(diào)整機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)不同閥座內(nèi)徑要求；原旋轉(zhuǎn)軸與定位鼓之間滑動(dòng)軸承配合設(shè)計(jì)成滾動(dòng)軸承型式，以解決滑動(dòng)軸承發(fā)熱問(wèn)題；該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)適應(yīng)垂直端面型式研磨，如果遇到水平端面型式研磨就顯得力不從心，故改進(jìn)后的研磨工具如能實(shí)現(xiàn)垂直和水平端面都能夠適用的型式，效果會(huì)更加完美。

8 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)用新型專利研磨工具用于大口徑垂直端面研磨，取得了比較好的效果，滿足了客戶的生產(chǎn)需要。針對(duì)近幾年客戶不同位置、不同口徑端面的閥門密封面研磨，人們需要進(jìn)一步完善研磨工具，以適應(yīng)業(yè)務(wù)的需要。通過(guò)這次嘗試，筆者認(rèn)為，開(kāi)發(fā)功能齊全、適應(yīng)范圍廣的研磨工具勢(shì)在必行，不久的將來(lái)新型研磨工具一定會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。