核電汽輪機(jī)再熱閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性提升研究

時宏磊，張精干，劉德軍，史慶峰，潘翔

（中核核電運行管理有限公司 技術(shù)二處，浙江 嘉興314300）

0 引 言

秦山核電二廠3#、4#機(jī)組汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的HN650-6.41型凝氣式汽輪機(jī)。分別于2002年2月6日、2004年5月3日建成發(fā)電。

汽輪機(jī)組由1個高壓缸和3個低壓缸組成，2個主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥布置于高壓缸的兩側(cè)，每個高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥有1個主汽閥和2個調(diào)節(jié)閥。主蒸汽通過主汽閥分兩路進(jìn)入調(diào)節(jié)閥，然后經(jīng)高壓導(dǎo)汽管（共4根）分別從高壓缸上部和下部（各2根）進(jìn)入高壓缸。蒸汽經(jīng)4根高壓排汽管從MSR（汽水分離再熱器）的底部側(cè)面進(jìn)入布置于低壓缸兩側(cè)的2個MSR，每個MSR共有3個排汽口，每個排汽口通過一根低壓進(jìn)汽管進(jìn)入低壓缸，每根低壓進(jìn)汽管上分別在接近MSR出口處和接近低壓缸進(jìn)口處裝有再熱主汽閥和截止閥。蒸汽經(jīng)低壓缸雙分流通流后通過排汽口排入凝汽器。

每個機(jī)組共有6個再熱主汽閥和6個再熱截止閥。再熱主汽閥、再熱截止閥均為蝶閥，閥門的開啟和位置控制由液壓控制，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的彈簧為閥門關(guān)閉提供了驅(qū)動力，控制油用14 MPa的高壓抗燃油作為介質(zhì)，其主要部件為油動機(jī)、轉(zhuǎn)換箱、操縱座（彈簧箱）。

秦二廠再熱主汽閥的設(shè)備位號為GSE005VV—GSE010VV，再熱截止閥的設(shè)備位號為GRE005VV—GRE010VV。

1 再熱閥

1.1 功能

再熱主汽閥安裝在汽水分離再熱器和再熱截止閥之間的蒸汽管道上，作用是提供一個安全的附加措施，當(dāng)超速跳閘機(jī)構(gòu)動作而再熱截止閥關(guān)閉不上時，防止汽機(jī)超速。

再熱截止閥安裝在再熱主汽閥后、低壓缸進(jìn)氣管前的蒸汽管道上，作用是當(dāng)汽機(jī)甩負(fù)荷后，限制從汽水分離再熱器到低壓缸的蒸汽流量。

常規(guī)島，沒有再熱閥，整個機(jī)組就無法控制核島來的主蒸汽，更無可能進(jìn)行核電廠的發(fā)電任務(wù)，因此對于核電來說至關(guān)重要，該閥門全部設(shè)為SPV設(shè)備。

再熱閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由油動機(jī)、轉(zhuǎn)換箱、操縱座組成，操縱座又叫彈簧箱[1]。

1.2 原理

秦二廠3#、4#機(jī)組再熱閥，包括再熱主汽閥和再熱截止閥，均采用德國ADAMS生產(chǎn)的三偏心金屬硬密封蝶閥，其基本原理為：1）閥軸與閥體中心線相對偏心；2）軸與閥板平面相對偏心；3）閥板與閥座密封面為一斜置錐切面，軸與圓錐形密封基座中心線相對偏心。

當(dāng)閥板處于常開的工作狀態(tài)時，密封圈位于閥體內(nèi)部，閥板為一光板且密封表面熔焊司太立合金處理，本質(zhì)上保護(hù)了閥板密封面經(jīng)受蒸汽沖刷、磨損、腐蝕等。這種設(shè)計保證了閥板在動作過程中無摩擦，延長了密封件的使用壽命。

1.3 檢修項目

再熱閥的解體檢修工作只能在大修中檢修，工作量大、檢修條件苛刻，高空作業(yè)，涉及電氣、儀控、土建、腳手架等專業(yè)配合，物項及相關(guān)備件采用德國生產(chǎn)。因此，每臺再熱閥安排5 a進(jìn)行解體檢修一次，共12臺，分4次大修完成全部解體工作。

解體的主要步驟包括：1）從管道上吊出閥門至檢修平臺；2）拆除油動機(jī)等附屬設(shè)備；3）拆除驅(qū)動支架、止推軸承、盤根等；4）取出閥軸，檢查閥軸兩端軸承及軸承密封；5）拆除壓環(huán)、止推環(huán)，取下閥芯；6）零部件清理，密封件更換；7）閥門組裝，回裝。

解體時應(yīng)注意檢查軸兩端端軸承的磨損及潤滑情況，軸承密封是否有損壞，止推軸承間隙是否滿足要求，檢查閥軸是否有劃痕，對閥瓣密封面、閥座密封面進(jìn)行吃實檢查，要求100%吃實。

閥門組裝時，注意閥瓣的安裝方向，閥體上箭頭的方向須指向介質(zhì)壓力方向[2]。

2 缺陷情況

2.1 油動機(jī)問題

2015年，秦二廠3#、4#機(jī)組在運行過程中，發(fā)現(xiàn)再熱門執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動機(jī)部分的管路接頭漏油，導(dǎo)致機(jī)組降功率緊急小修處理,如圖1所示。

圖1 油動機(jī)接頭漏油

油動機(jī)三路油口方向不一致，油動機(jī)的進(jìn)油截止閥、OPC油截止閥、回油截止閥均布置在管路上，油動機(jī)上、外部的管路走向混亂，閥門快關(guān)時，油動機(jī)回油不能進(jìn)入油桿腔，導(dǎo)致蓄能器偏大，如圖2所示。

2.2 彈簧箱問題

彈簧力太大，使快速關(guān)閉時導(dǎo)汽管振動大，影響到安全。彈簧裝配不合理，彈簧的內(nèi)徑與定位隔板間隙大[3]。

4段串聯(lián)彈簧逐級下降，導(dǎo)致彈簧外徑與導(dǎo)桿基本沒有間隙，與安裝導(dǎo)桿碰磨，長時間摩擦，導(dǎo)致彈簧受力折斷[3]。

在后續(xù)運行的期間，發(fā)現(xiàn)再熱閥彈簧箱部位也存在有異音現(xiàn)象。在305大修期間，對再熱閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)的油動機(jī)進(jìn)行了解體，發(fā)現(xiàn)有4根彈簧存在磨損和斷裂、變形現(xiàn)象，404大修中也同樣存在此現(xiàn)象,如圖3所示。

在305、404大修中，解體檢查了全部再熱主汽閥、再熱截止閥。發(fā)現(xiàn)的彈簧磨損及斷裂缺陷情況如表1所示。

3 缺陷原因

3.1 彈簧磨損、斷裂原因

彈簧箱設(shè)計不合理，彈簧隔板與導(dǎo)向管接觸碰磨導(dǎo)致隔板磨損，隔板磨損后大彈簧與導(dǎo)向管發(fā)生接觸碰磨，碰磨使得彈簧鋼絲減薄，強(qiáng)度降低，最終發(fā)生斷裂。由于彈簧過長，會放大彈簧動作中的不對中度，導(dǎo)致彈簧與保持架之間發(fā)生磨損。

圖3 彈簧磨損、斷裂

表1 再熱主汽閥、再熱截止閥彈簧磨損及斷裂缺陷情況

3.2 油動機(jī)接頭漏油原因

管路走向混亂，且此處空間受限不利于后續(xù)機(jī)組缺陷的消除。回油方式不合理，需要提高油動機(jī)關(guān)閉速度，同時便于檢修。

4 缺陷處理

2017年，D306大修中，對3GRE005VV再熱截止閥實施了改造，主要包括油動機(jī)及彈簧箱，轉(zhuǎn)換箱因加工工藝復(fù)雜，不進(jìn)行改造[4]。執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造示意圖如圖4所示。

圖4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造示意圖

4.1 油動機(jī)改造

改造部分與機(jī)械轉(zhuǎn)換箱的接口部分，均以轉(zhuǎn)換箱接口為基準(zhǔn)進(jìn)行油動機(jī)及操縱座的設(shè)計。

1）改變回油方式，閥門快關(guān)時將回油直接倒回活塞另一腔，內(nèi)部的油流和油壓的作用更加合理，并可以加快關(guān)閉速度。同時需要增加臥式活塞式蓄能器。

2）改變油口的布置，3個油口（HP、DV、OPC 或AST）布置在集成塊的同一側(cè)，回油直接進(jìn)入油桿腔，多余部分的回油進(jìn)入新加的活塞式蓄能器，直接安裝在油缸上，與整個油動機(jī)形成一個整體，在油動機(jī)集成塊上增加一個插裝式進(jìn)油截止閥，回油、安全油增加單向閥，所有的3個管路并列布置，油動機(jī)上無任何外部管路。

3）取消改造所涉及的油動機(jī)模塊外的壓力油管、OPC油管及回油管路上的截止閥，進(jìn)油管上的原截止閥安裝在集成模塊中。

4）在油動機(jī)油缸上，安裝可調(diào)緩沖閥，插裝式卸荷閥裝有可調(diào)整桿，可方便、有效地調(diào)整控制油動機(jī)關(guān)閉時間。

5）電磁閥用原型號，對卸荷閥及止回閥進(jìn)行重新設(shè)計、選型。

6）改造所涉及的油動機(jī)內(nèi)部孔板，根據(jù)新油動機(jī)實際，重新設(shè)計。

7）保證閥門改造后的快關(guān)時間與現(xiàn)場實際需求一致，新的卸荷閥可調(diào)，可根據(jù)現(xiàn)場要求來調(diào)整關(guān)閉時間。

改造前、后油動機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 改造前、后油動機(jī)技術(shù)參數(shù)

4.2 彈簧箱改造

原操縱座對閥門的關(guān)閉力矩ETC為20 100 N·m，改造后的操縱座對閥門的關(guān)閉力矩ETC為9590 N·m，安全裕度由原來的2.8調(diào)整到1.33，減小彈簧力，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)在關(guān)閉時沖量減小，降低沖擊。

將原彈簧箱4段改為3段，并減小彈簧的定位間隙至2.5 mm，減小彈簧的徑向移動。

改造后的操縱座彈簧不會與操縱座的拉桿磨損，從而不容易發(fā)生彈簧斷裂情況。

將原操縱座中兩端彈簧之間的隔板由原來與導(dǎo)桿不接觸改變?yōu)榻佑|方式，進(jìn)一步減小彈簧的徑向移動，同時為防止該隔板與導(dǎo)桿間的卡澀，將隔板外圓采用銅套設(shè)計。

增大彈簧與導(dǎo)桿的間距至26.5 mm，防止由于重力作用使彈簧下垂時與導(dǎo)桿碰磨，同時也防止由于振動傳導(dǎo)使彈簧顫動與導(dǎo)桿碰磨。

要求操縱座隔板外圓采用的銅套在往復(fù)運動方向具有制動設(shè)計，保證動作時不至脫落。

5 結(jié) 論

經(jīng)過對3GRE005ZM再熱截止閥油動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造，對彈簧箱進(jìn)行了重新優(yōu)化設(shè)計，包括減少彈簧組數(shù)、增大油動機(jī)彈簧與彈簧導(dǎo)桿間距、彈簧隔板增設(shè)保護(hù)銅套、優(yōu)化管路布局、閥門集成布局等優(yōu)化，經(jīng)過306大修，運行至今，在307大修時進(jìn)行了全面解體檢查，檢查確認(rèn)油動機(jī)彈簧本體磨損現(xiàn)象消除，油動機(jī)彈簧斷裂問題得到了根治處理。

在306大修后到運行至今，加強(qiáng)了設(shè)備運行情況的跟蹤檢查，主要包括設(shè)備異音情況檢查、設(shè)備漏油情況檢查等，均未發(fā)現(xiàn)異常，證明改造后的效果良好。

因物項采購、大修人力安排、工期安排等原因，綜合考慮，目前在D407大修中，實施4號機(jī)組全部6臺再熱截止閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造，后續(xù)將安排窗口，實施4號機(jī)組剩余的全部6臺再熱主汽閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造，以及3號機(jī)組剩余的5臺再熱截止閥、6臺再熱主汽閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造，以期徹底解決以上缺陷出現(xiàn)的問題，確保機(jī)組安全穩(wěn)定高效運行。