秦山核電一期V02-314氣動(dòng)閥門波動(dòng)診斷分析

徐賢東

摘要：本文通過(guò)對(duì)V02-314氣動(dòng)閥門故障診斷處理的過(guò)程分析，總結(jié)了閥門填料、以及填料安裝方式等因素對(duì)閥門調(diào)節(jié)性能的影響，為同類設(shè)備故障處理積累經(jīng)驗(yàn)，以供同行借鑒。

關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能填料安裝方式 摩擦力

1. 背景介紹

V02-314氣動(dòng)閥門是電廠化容系統(tǒng)的下泄背壓控制閥,由它來(lái)自動(dòng)控制下泄管線壓力狀態(tài)。在電廠日常設(shè)備巡檢過(guò)程中,設(shè)備巡檢人員發(fā)現(xiàn)閥門填料處有較多硼結(jié)晶，開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)V02-314閥門缺陷，檢修人員經(jīng)過(guò)反復(fù)多次消缺處理，閥門的調(diào)節(jié)性能和泄漏依然無(wú)法徹底消除。

1.1 閥門故障處理：

（1）緊固填料壓蓋螺栓 ：檢修人員初步判斷因填料壓蓋松動(dòng)，預(yù)緊力不夠，導(dǎo)致閥門介質(zhì)的泄漏，因此采取了緊固填料壓蓋螺栓來(lái)消除缺陷。缺陷消除閥門投入運(yùn)行，主控觀察閥前壓力有波動(dòng)現(xiàn)象，繼續(xù)排查；

（2）更換定位器：檢查控制系統(tǒng)、接線沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)加模擬信號(hào)，發(fā)現(xiàn)定位器輸出氣壓波動(dòng)，檢修人員判斷可能問(wèn)題出在定位器，現(xiàn)場(chǎng)做定位器處理和減壓過(guò)濾器，但波動(dòng)現(xiàn)象沒(méi)有消除；

（3）填料壓蓋調(diào)節(jié)：經(jīng)消缺小組人員討論，查閱閥門檢修記錄，在電廠大修期間對(duì)該閥門實(shí)施過(guò)填料壓蓋緊固，現(xiàn)場(chǎng)的故障可能與緊固壓蓋有關(guān)。后經(jīng)機(jī)械人員將閥門填料壓蓋松開(kāi)后，閥門不再波動(dòng)，可以確認(rèn)故障原因是閥門填料過(guò)緊，致使閥桿摩擦力過(guò)大,閥門填料壓蓋螺母的松緊與閥門的調(diào)節(jié)性能存在沖突，閥門填料壓蓋過(guò)緊導(dǎo)致閥門超調(diào)。但隨著填料壓蓋的松開(kāi)，介質(zhì)又會(huì)重新出現(xiàn)泄漏。

2. 閥門失效的診斷分析

2.1 閥門介紹

V02-314是化容系統(tǒng)的下泄背壓控制閥,由它來(lái)自動(dòng)控制下泄管線壓力狀態(tài)。V02-314接受閥前壓力信號(hào)，自動(dòng)控制下泄孔板至該閥之間的壓降，以防止汽化，同時(shí)，在主系統(tǒng)水實(shí)體狀態(tài)下，控制和調(diào)節(jié)主系統(tǒng)壓力。

V02-314閥門由日本加德留斯制造，閥門相關(guān)參數(shù)為：口徑DN50，設(shè)計(jì)壓力40Kgf/cm2，，設(shè)計(jì)溫度100攝氏度，流量特性為等百分比，流量系數(shù)Cv=7.6[1]。閥體結(jié)構(gòu)為閥籠導(dǎo)向的直通式單閥座閥門。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為彈簧薄膜氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)氣方式為上進(jìn)氣，閥門失氣時(shí)保持常開(kāi)。

2.2 工作原理分析

V02-314填料壓蓋的工作原理，

由于壓緊壓蓋所形成的壓緊力產(chǎn)生一種造成密封效果的徑向壓力，徑向壓力沿整個(gè)填料長(zhǎng)度按指數(shù)曲線分布[3]。為了保持密封狀態(tài)，內(nèi)側(cè)圈上的徑向壓力至少等于系統(tǒng)的內(nèi)壓力，這就意味著外側(cè)圈上的徑向壓力高得多，在大多數(shù)用途中是過(guò)高的，這將導(dǎo)致過(guò)大的摩擦，軸磨損，氣動(dòng)密封件失效。經(jīng)查密封材料手冊(cè)，填料密封產(chǎn)生的徑向力與壓緊壓蓋所加的軸向力之比約為0.6~0.7,沿整個(gè)填料函的典型徑向壓力。

2.3 填料安裝過(guò)程分析

查看V02-314閥門解體維修規(guī)程，“將閥桿組件插入閥蓋支架，并依次將填料裝入填料函，填料的切口處應(yīng)處于對(duì)稱位置。分四步按照力矩參考值的30%、60%、80%、100%逐步擰緊盤根壓蓋螺母，注意盤根壓蓋與閥桿四周的間隙應(yīng)均勻，力矩參考值為9～12 Nm”。

2.4 填料安裝方式分析

從維修規(guī)程可以看出，填料的安裝方式為整體封裝，整體壓緊的方式，這種方式的安裝，從圖2可以看出，與壓蓋最近的填料受力最大，變形最大，承擔(dān)了密封的主要工作。呈現(xiàn)出上緊下松的狀態(tài)，填料徑向密封力并不平均，由于力量很難傳遞到遠(yuǎn)端的填料圈，在該處的密封圈可能存在泄漏。這種安裝方式不能保證有足夠的預(yù)緊力施加于下面的填料，造成閥門填料處存在硼結(jié)晶泄漏的可能。當(dāng)填料泄漏時(shí)，檢修人員又會(huì)加大填料壓蓋預(yù)緊力，造成調(diào)節(jié)閥性能變差。填料的摩擦力是直行程控制閥的摩擦力的主要來(lái)源，而摩擦力又是調(diào)節(jié)閥死區(qū)的一個(gè)主要原因。

2.5調(diào)節(jié)閥摩擦力分析

忽略控制閥閉環(huán)回路的控制系統(tǒng)因素，調(diào)節(jié)閥總體推力/摩擦力比例，動(dòng)摩擦力/靜摩力的比例決定的著閥門的性能，也就是閥門的死區(qū)以及響應(yīng)時(shí)間。調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)的總體推力和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的容積相關(guān)，薄膜越大，推力越大。V02-314閥門在2005年解體檢修以前，未曾發(fā)生過(guò)類似缺陷，因此可以排除總體推力偏小的問(wèn)題。而摩擦力，動(dòng)摩擦力/靜摩力的比例會(huì)因?yàn)樘盍蠅荷w預(yù)緊力調(diào)整，會(huì)產(chǎn)生變化,并且上述因素會(huì)隨著調(diào)節(jié)閥填料的安裝方式會(huì)而有所不同。

2.6填料材料分析

通過(guò)研究廠家的填料材料，發(fā)現(xiàn)廠家后期提供的填料材料和閥門出廠時(shí)的填料是有變化的，由石棉材料變更成了石墨材料，材料不同，摩擦系數(shù)不同，相應(yīng)填料的緊固力矩也發(fā)生改變。查詢檢修記錄“安裝閥桿至閥蓋，安裝填料，每次裝入兩圈，然后用規(guī)定力矩緊固（下6層填料緊固力矩31-34NM；上3層填料緊固力矩為27-29NM；校驗(yàn)填料螺栓力矩，最終力矩為12NM)”，上述緊固力矩是適用于石棉材質(zhì)的填料，但閥門解體時(shí)實(shí)際更換的是石墨材料的填料，石墨材質(zhì)的摩擦系數(shù)是大于石棉材質(zhì)的。查詢廠家手冊(cè)，下層石墨材料的緊固力矩僅為19~21n.m，最終力矩為8~12NM，因此，可以確定閥門填料的緊固力矩也是不合適的，最終影響了閥門調(diào)節(jié)性能。

3. 故障解決方案

3.1 改變閥門填料安裝方式。

加工專用工具，參考廠家手冊(cè),對(duì)填料安裝方式采用分段預(yù)緊的安裝方式.

3.2 改變閥門填料緊固力矩。

參考廠家手冊(cè)，對(duì)閥門下層填料的施加緊固力矩為19~21n.m，最終力矩為8~12NM通過(guò)上述方案的改進(jìn)，對(duì)閥門安排診斷,填料摩擦力數(shù)值檢測(cè)如下表，發(fā)現(xiàn)閥門的動(dòng)態(tài)摩擦力降低了一半，摩擦力大大減少。對(duì)于較大幅度的信號(hào)變化（5%、2%），位移能夠快速響應(yīng)，穩(wěn)定性較好；對(duì)于較小幅度的信號(hào)變化（1%、0.05%），位移也能快速響應(yīng)[2]。

4. 結(jié)論

綜上所述，調(diào)節(jié)閥的波動(dòng)缺陷，通過(guò)改變填料安裝方式和螺栓緊固力矩，整體調(diào)節(jié)性能得到了提高，解決了V02-314閥門波動(dòng)大的缺陷。對(duì)于調(diào)節(jié)閥，選擇正確的預(yù)維方式、合理的預(yù)維周期至關(guān)重要，閥門的頻繁解體維修并不能增加設(shè)備的高可靠性，通過(guò)這次問(wèn)題解決的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，設(shè)備管理人員修改預(yù)維大綱，增加閥門的維修頻度，在每次大修期間安排閥門狀態(tài)監(jiān)測(cè)，閥門的檢修經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備的可靠性最終都得到了提高。

5. 參考文獻(xiàn)

[1]加德留斯閥門使用說(shuō)明手冊(cè)

[2]艾默生控制閥手冊(cè)

[3]密封件與密封手冊(cè) R.H.沃林著 國(guó)防工業(yè)出版社會(huì)性1990