主調門內漏缺陷原因分析與處理

李云應，陸增圩，梁雄杰，周燕妮

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

1 問題

某電廠發電機組主調門由兩大部分組成：操縱座執行機構和閥體部分（圖1）。閥體主要由閥芯和閥座組成，操縱座執行機構采用液動執行機構，可以控制閥桿使閥芯上下運動，用對汽輪機進氣量進行控制調節，從而達到控制汽機轉速功率的目的。主調門操縱座執行機構一側連桿不動，油動機將另一側連桿向上提時，克服彈簧力帶動閥芯使閥芯向上移動，油動機卸油時，彈簧力使閥芯回座。主調門開度為0 時，閥芯和閥座（類似于截止閥閥芯與閥座）接觸，蒸汽無法通過，蒸汽沿著閥芯與閥體之間的間隙，通過壓力密封環處、定位鈕處、閥芯底部通孔進入，使轉子轉速上升。由于壓力密封環本身有一定泄漏量，因此主調門會有一個正常的漏氣量，使轉子轉速上升至5001000 r/min。從首次核蒸汽沖轉以來，機組掛閘后汽機轉速迅速上升，在調門未給開度指令情況下轉速升至1100 r/min 以上，最高升至1600 r/min，無法滿足機組暖機時轉速穩定在1100 r/min 的要求，說明主調門漏氣量很大，存在嚴重的內漏問題。

2 原因排查

通過對泄漏路徑進行分析，依次對可能的原因進行排查。

圖1 主調門結構

（1）檢查閥芯閥座密封性。大修及小修期間，對閥芯閥座密封面進行藍油試驗，閥芯閥座密封線連續，表明閥門密封性滿足要求。

（3）檢查操縱座卡澀情況。確認各銷釘連接部位自由度良好，動作順暢無卡澀。

（4）檢查主調門彈簧力。原基礎上增加5 t 的力（彈簧長度從610 mm 壓縮至450 mm），以觀察調門內漏情況是否改善。經驗證調門內漏量沒有改善，說明彈簧力不是缺陷原因。

3 原因確認

通過排查與討論分析，確定內漏原因為閥芯回座自定位能力差。閥芯回座自定位能力差導致閥芯閥座配合不到位，最終導致密封不嚴，產生泄漏。

使閥芯回座自定位能力變差的因素：主調門卸載比過大、閥芯定位鈕結構不合理、壓力密封環張力偏小、閥桿閥芯間隙偏大、閥座密封面型線不合理。

3.1 主調門卸載比過大

閥門卸載比是閥籠襯套內徑與密封線直徑比值的平方。卸載比越大，表示蒸汽對閥芯上下兩方向的作用面積越接近，蒸汽對閥芯向下的壓力也越小。國外同形式項目卸載比為95.58%，某電廠主調門原卸載比為99豫，主調門已經沒有太多密封比壓，卸載比偏大。

3.2 閥芯定位鈕結構不合理

現場檢查發現定位鈕外表面存在不同程度的磨損現象，磨損使閥芯傾斜量增大，影響閥芯回座能力。根據三角形公式，理論最大傾斜角度=arctan(1.22+磨損量/D）。式中，1.22取的是定位鈕外壁與閥體內壁間隙，為11.711.27 mm 的中間值；D 為閥芯總高度，單位mm。

3.3 壓力密封環張力偏小

壓力密封環結構為圓環，安裝在閥體內壁與閥芯之間。閥芯開槽，張力使密封環與閥體內壁接觸，起到密封作用。壓力密封環張力可以通過開口間隙間接衡量，標準為34.4 mm～46.6 mm。檢查發現運行一個周期后壓力密封環開口間隙普遍低于標準值，典型數據如18.80 mm、33.58 mm、20.60 mm、27.02 mm。開口間隙偏小，說明張力不足，壓力密封環張力不足的可能原因為安裝時形變量增大，或者材料本身偏軟。

3.4 閥桿閥芯間隙偏大

主調門閥桿與定位環接觸為球面配合，閥桿閥芯配合間隙要求0.25 mm～0.30 mm，允許閥芯微調至最佳位置。接觸面磨損導致配合間隙變大，閥芯晃度加劇，使漏汽量增大。

3.5 閥座密封面型線不合理

某電廠主調門閥芯為圓弧面，閥座為R124 圓弧面，接觸面為整圈密封線。顯然，這種結構密封線連續性很難保證整圈完全貼合。

4 處理措施

4.1 減小主調門卸載比

參考AP1000 項目及相關資料，通過減小襯套內徑，將閥門卸載比減小至95.56豫。

4.2 閥芯定位鈕結構改進

（1）將4 個定位鈕改為圓環形定位環。整圈定位沒有盲點，保證有良好的同心度。

（2）閥芯定位鈕位置上移。

通過這兩點改進，減小了閥芯的傾斜度，有效限制閥芯的傾斜，大大提高了閥芯的自定位能力，保證閥芯的穩定性。

4.3 壓力密封環張力改進

（1）設計壓力密封環拆裝工具[1]。常規的安裝方式是使用螺絲刀等工具將密封環張口擴大并安裝至主調門閥芯筒體槽內，容易出現壓力密封環變形量過大問題。設計新密封環拆裝工具，可以使密封環在最小彈性形變狀態下完成安裝，同時降低操作難度，縮短安裝時間。

圖2 改進后沖轉轉速

（2）改進壓力密封環材料。該機組主調門壓力密封環材料為GH2136。通過調研，將壓力密封環材料從原來的GH2136 替代為R-26，保證壓力密封環保持足夠的張力。GH2136 屬于鐵基高溫合金，為單一的奧氏體基體組織，R-26 高溫合金是一種兼有熱穩定性和熱強性的合金。

4.4 閥桿閥芯間隙調整

通過設計閥桿、閥芯軸向間隙測量專用工具[2]，確認間隙是否超出標準，對于超出標準的，將定位環車削加工，消除超標量，之后進行弧面研磨適配，最終將間隙調至合格范圍。

4.5 閥座密封面型線改進

5 改進效果

根據現場實施難度，改進措施從易到難分兩個階段實施，第一階段：實施閥芯定位鈕結構改進、壓力密封環張力改進、閥桿閥芯間隙調整；第二階段：實施減小主調門卸載比；閥座密封面型線改進。

第一階段改進實施后，多次起機沖轉驗證，主調門開度為0時，漏氣量很小，轉速能穩定在5001000 r/min，且汽輪機組可以穩定在1100 r/min 暖機。

第二階段的改進措施在某新機組上已經應用，汽輪機組同樣可以穩定在1100 r/min 暖機，說明主調門內漏缺陷得到消除。改進后沖轉轉速見圖2。

5 結束語

針對主調門內漏問題，通過排查，確認閥芯回座自定位能力差為內漏原因，使閥芯回座自定位能力變差的因素有很多，如主調門卸載比太大、閥芯定位鈕結構不合理、壓力密封環張力偏小、閥桿閥芯間隙偏大、閥座密封面型線不合理等。改進其中的一項或者幾項，能不同程度地改善主調門內漏現象。