300MW火力發(fā)電汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿斷裂原因分析

渠秋播

摘 要 文章針對300MW火力發(fā)電廠的汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿斷裂現(xiàn)象進(jìn)行了研究。該汽輪機(jī)型號為330N-16.67/538/538，其高壓主汽門閥桿出現(xiàn)一定的斷裂情況，經(jīng)過金相宏觀檢查、化學(xué)成分檢測、金相微觀分析以及力學(xué)性能檢測等檢測手段，排除是由于高壓主汽門閥桿本身的材料以及力學(xué)性能等方面的影響。結(jié)合高壓主汽門閥桿的自身結(jié)構(gòu)以及閥桿在實(shí)際情況中的受力狀態(tài)，經(jīng)過進(jìn)一步的分析能夠判斷出高壓主汽門閥桿斷裂是由于高壓主汽門閥桿根部的機(jī)械加工產(chǎn)生尖角，而尖角又引發(fā)一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，再加上在實(shí)際情況下，高壓主汽門閥桿處于長期低頻振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)導(dǎo)致的。文章提出了高壓主汽門閥桿根部進(jìn)行表面氮化處理的針對性的建議。

關(guān)鍵詞 火力發(fā)電廠;汽輪機(jī);高壓調(diào)節(jié)汽門;閥桿

對于汽輪機(jī)來說，其高壓主汽門是其核心的裝置之一，主要的作用是進(jìn)行有效的切斷，從而實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的進(jìn)汽以及停機(jī)的操作，并對汽輪機(jī)進(jìn)行一定的保護(hù)。高壓主汽門是汽輪機(jī)防止超速的關(guān)鍵保護(hù)裝置，高壓主汽門閥桿的動(dòng)力主要是依靠壓力油的控制來實(shí)現(xiàn)一定的快速關(guān)閉以及開啟，一般的關(guān)閉時(shí)間都比較短。如果缺少了高壓主汽門閥桿，一旦汽輪機(jī)出現(xiàn)超速現(xiàn)象，甚至可能導(dǎo)致出現(xiàn)汽輪機(jī)的軸系斷裂現(xiàn)象，直接導(dǎo)致汽輪機(jī)報(bào)廢，造成嚴(yán)重的生命以及財(cái)產(chǎn)損失。本文同時(shí)提出了高壓主汽門閥桿根部進(jìn)行表面的氮化處理等針對性的建議[1]。

1機(jī)組的情況介紹

水泵式汽輪機(jī)主要用于在燃煤電站中拖動(dòng)給水泵為鍋爐供水。以往給水泵式汽輪機(jī)均為50%額定容量配置，單機(jī)功率小且互為冗余。該機(jī)組的運(yùn)行狀況直接關(guān)系整個(gè)電站的運(yùn)行，機(jī)組可靠性和穩(wěn)定性要求十分高。本發(fā)電公司是從上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的330N-16.67/538/538型汽輪機(jī)。

2汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的外觀檢查

汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的斷裂的斷口表現(xiàn)為一定的錐形，而且表面出現(xiàn)嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象，說明斷口已經(jīng)存在較長的時(shí)間。斷裂的位置基本處于32mm以及43mm的桿部相結(jié)合尖角處，尤其是較多規(guī)則排列的周向條狀裂紋存在于32mm以及43mm的桿部的過渡臺(tái)階上，經(jīng)過一定的表面打磨處理，裂紋更加明顯[2]。

3微觀金相分析

我們將斷裂的高汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿進(jìn)行一定的處理，并標(biāo)出取樣的位置，經(jīng)過切割等獲取一定尺寸的條狀試樣，對該試樣進(jìn)行一定的處理進(jìn)而開展一定的金相分析。對于試樣的制備要首先進(jìn)行不同型號的砂紙打磨，然后用拋光機(jī)進(jìn)行一定的機(jī)械拋光，出現(xiàn)鏡面效果之后再進(jìn)行腐蝕，腐蝕的溶液選擇氯化鐵鹽酸溶液。腐蝕后通過金相顯微鏡進(jìn)行一定的微觀組織觀察，如下圖所示是汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的顯微組織。從中我們可以發(fā)現(xiàn)取樣點(diǎn)處存在著一定的周向裂紋，而且在周向裂紋上又存在著一些周向的平行條狀裂紋，其裂紋深度大約0.2mm～0.35mm，而且在裂縫中又發(fā)現(xiàn)了一定量的白色腐蝕產(chǎn)物，這就表明了這些裂紋存在較長的一段時(shí)間了。從微觀組織中并沒有發(fā)現(xiàn)一定的沿晶界擴(kuò)展的裂紋，這能夠基本排除不合理的熱處理所引發(fā)的回火脆性現(xiàn)象。汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的遠(yuǎn)離斷口的位置存在較多的馬氏體微觀組織，而且組織處于正常狀態(tài)[3]。

4汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的斷裂原因分析

一般來說汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的斷裂的原因可能是多種情況，而且其斷裂的表現(xiàn)特征也比較雜亂。通過對汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的分析，基本排除了其化學(xué)材質(zhì)以及力學(xué)性能的原因，然后結(jié)合汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)以及閥門的汽室結(jié)構(gòu)，我們推斷出汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿斷裂的原因可能有如下幾點(diǎn)：

4.1 汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中

由于汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿的根部存在一定的機(jī)械加工螺紋，而且這一螺紋的直徑基本等同于閥桿的尺寸，由于在機(jī)械加工過程中螺紋的根部存在著嚴(yán)重的加工尖角，在此次導(dǎo)致了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這可能是汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿這一部位斷裂的原因之一[4]。

4.2 長期低頻振動(dòng)

眾所周知，當(dāng)前使用電網(wǎng)的因素較多，導(dǎo)致其負(fù)荷的變動(dòng)比較雜亂，因而就使得高壓調(diào)節(jié)汽門出現(xiàn)高頻率的啟動(dòng)以及關(guān)閉，這就導(dǎo)致了一種交變負(fù)荷的效果， 而螺紋尖角處的應(yīng)力集中導(dǎo)致了閥桿材料的表面發(fā)生局部的滑移現(xiàn)象，局部的滑移可以說就是一種疲勞裂紋源。由于負(fù)荷的變動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致一定的循環(huán)載荷，在這種循環(huán)載荷的變化作用下，局部的滑移所形成的裂源會(huì)繼續(xù)發(fā)展，從而逐步地?cái)U(kuò)展為顯微裂紋。

4.3 氮化處理

一般來說高壓調(diào)節(jié)汽門閥桿的表面必須要經(jīng)過一定的氮化處理，制造廠家在對高壓調(diào)節(jié)汽門閥桿的表面進(jìn)行氮化處理的目的主要是為了提高閥桿的耐磨性能以及整體抗疲勞性能。但是氮化處理實(shí)際上是對整個(gè)閥桿表面開展的，沒有充分地考慮閥桿根部絲扣處的螺紋尖角所引發(fā)的應(yīng)力集中，將引起較大的脆性問題。所以說如果機(jī)組處于低負(fù)荷下，那么閥桿由于發(fā)生振動(dòng)從而導(dǎo)致此處容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象[5]。

5結(jié)束語

綜上所述：一般來說，汽輪機(jī)高壓主汽門閥桿故障的原因較多，而且具有不同的表現(xiàn)的癥狀，單一的原因的分析較簡單，但是要是一種組合原因，那么對其進(jìn)行分析就較為困難。因此，對于對主汽門故障原因需要做到及時(shí)科學(xué)的分析，制訂檢修計(jì)劃、準(zhǔn)備材料備品提供充分的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳繼民，安洪坤.亞臨界600MW機(jī)組高壓主汽門操縱座改造研究[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2014，（4）：43-45.

[2] 呂鵬飛.高壓主汽門關(guān)閉不到位的原因與處理[J].電力安全技術(shù)，2010，（3）：43-44.

[3] 郭忠貴，毛欽森，楊雅儒.汽輪機(jī)高壓主汽門控制油泄漏故障處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2009，（3）：52-53.

[4] 王學(xué)成，汪勇剛，盧練響.滬產(chǎn)亞臨界600MW機(jī)組高壓主汽門閥座裂紋的分析及閥座更換處理[J].電力技術(shù)，2010，19（11）：65-70.

[5] 張文強(qiáng)，張耀宇.300MW汽輪機(jī)高壓主汽門卡澀原因分析[J].華電技術(shù)，2011，33（7）：10-11.