330 MW汽輪機(jī)主汽調(diào)節(jié)閥部件優(yōu)化改造

洪加存，龐華豪

（湛江電力有限公司，廣東湛江 524099）

330 MW汽輪機(jī)主汽調(diào)節(jié)閥部件優(yōu)化改造

洪加存，龐華豪

（湛江電力有限公司，廣東湛江 524099）

分析330 MW汽輪機(jī)主汽調(diào)節(jié)閥存在的振動及偏轉(zhuǎn)問題，提出改進(jìn)方案，改造優(yōu)化后，提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。每臺機(jī)組改造后大約可以減少經(jīng)濟(jì)損失22.4萬元。

主汽調(diào)節(jié)閥；振動；偏轉(zhuǎn)；優(yōu)化；改造

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.74

0 前言

某電廠1～4#汽輪機(jī)組為一次中間再熱兩缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)，為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7-537/537-3型（合缸）。2010-2013年，1#～4#機(jī)組相繼進(jìn)行增容改造，改造為N330-16.7/537/537型汽輪發(fā)電機(jī)組。除了對汽輪機(jī)本體進(jìn)行改造外，亦對相應(yīng)高壓主汽閥組亦進(jìn)行更換。

改造后，1#～4#機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和出力均得到明顯提高，有效降低機(jī)組熱耗。但由于主汽調(diào)節(jié)閥在結(jié)構(gòu)設(shè)計上仍存在不完善之處，不利于機(jī)組安全運行。

1 存在問題

機(jī)組增容改造后，主汽調(diào)節(jié)閥在運行中出現(xiàn)振動較大現(xiàn)象，特別是1#，2#主汽調(diào)節(jié)閥，多次出現(xiàn)因防轉(zhuǎn)銷斷落引起門桿轉(zhuǎn)動、門桿螺紋磨損嚴(yán)重、調(diào)門操縱座連接軸發(fā)生松脫甚至斷裂等現(xiàn)象。在運行中發(fā)生因連接套脫落造成調(diào)門關(guān)閉引起機(jī)組甩負(fù)荷甚至導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)事故，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運行。雖然閥組生產(chǎn)廠家對系列調(diào)門進(jìn)行防轉(zhuǎn)動改進(jìn)，采取了一些措施，但主汽調(diào)節(jié)閥在低負(fù)荷段及負(fù)荷波動時仍受汽流激振影響，調(diào)門門桿振動仍較大，未消除閥門隱患。

2 原因分析

綜合分析認(rèn)為，1#～4#主汽調(diào)節(jié)閥在防偏轉(zhuǎn)、防松動方面設(shè)計時考慮欠缺，原設(shè)計閥體內(nèi)部無閥桿防轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，閥桿的防轉(zhuǎn)僅通過閥桿與操縱座連接軸之間一根Φ12 mm的銷子進(jìn)行固定，而閥體內(nèi)部的預(yù)啟閥、主汽調(diào)節(jié)閥閥碟和汽封套筒部件均無防轉(zhuǎn)設(shè)計。當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運行時，調(diào)門開度較小，因流道截面不均，容積的突變及氣流方向改變等，使汽室內(nèi)的汽流產(chǎn)生湍流，或因機(jī)組調(diào)峰負(fù)荷不穩(wěn)汽流壓力波動產(chǎn)生汽流激振，使調(diào)門閥桿、閥芯等部件在上下方向產(chǎn)生高頻振動，在水平方向?qū)φ{(diào)門閥桿、閥芯等部件產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)作用力。受汽流激振擾動影響，主汽調(diào)節(jié)閥閥桿、閥芯等部件產(chǎn)生振動及偏轉(zhuǎn)作用力逐步疊加放大，并逐級傳遞，最后沿閥桿傳遞至連接軸。因剛度不夠，偏轉(zhuǎn)作用對閥體內(nèi)部各部件產(chǎn)生的剪切應(yīng)力集中在門桿與連接套的連接固定銷子及鎖緊螺母處，在長期的周期性剪切應(yīng)力作用下銷子達(dá)到疲勞極限而被切斷；而長期的高頻振動使閥桿與連接套的鎖緊螺母松動，不斷摩擦振動，造成閥桿螺紋損壞或連接軸疲勞斷裂。

3 優(yōu)化改造思路、方案和效果

3.1 改造思路

從上述分析可以看出，運行過程中機(jī)組汽流激振對主汽調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)部產(chǎn)生的剪切應(yīng)力傳遞集中在連接套固定銷子與緊固螺母處，高頻的連續(xù)作用使連接套處銷子產(chǎn)生金屬疲勞最終被切斷，使螺母松動導(dǎo)致連接套脫落。因此，閥體內(nèi)部的防轉(zhuǎn)設(shè)計，一方面應(yīng)加大容易被剪切部位的剛度，措施為主汽調(diào)節(jié)閥閥桿與連接套連接的部位改進(jìn)，閥桿頭部螺紋伸出連接套頂端，取消防轉(zhuǎn)銷，改用雙螺母緊固，防止螺母松動和磨損；另一方面應(yīng)考慮減弱汽流激振的產(chǎn)生并分散、減弱偏轉(zhuǎn)等對螺桿的剪切作用，具體是對門桿、預(yù)啟閥、高調(diào)閥閥碟和套筒等進(jìn)行防轉(zhuǎn)設(shè)計，閥桿及閥碟采用方形及棘輪狀設(shè)計，汽封套與大閥碟采用槽道卡位設(shè)計，防止閥桿與閥碟轉(zhuǎn)動，汽封套增設(shè)平衡孔，減少汽流脈動沖擊下產(chǎn)生軸向和徑向振動。

3.2 改造方案

（1）閥桿增加防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，原圓型的中下部設(shè)計為棘輪狀，對應(yīng)閥芯內(nèi)部亦設(shè)計為棘輪狀,閥桿穿過閥碟處加工成方頭，閥碟對應(yīng)處加工成方孔，四角預(yù)留預(yù)啟閥漏汽面積，間隙0.5～0.6 mm（圖1），此間隙大于閥碟與密封套筒的間隙，以平衡汽壓減少閥碟、閥桿振動的產(chǎn)生。

圖1 閥桿防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意

（2）在高調(diào)閥原汽封套筒上加工2個75 mm×52 mm的導(dǎo)向槽與調(diào)門閥芯伸出2個防松凸耳配合。

（3）門桿和連接軸合并，設(shè)計為加長門桿，門桿與連接套連接螺紋增加至180 mm以上，使連接剛度比原來連接結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。閥桿頭部螺紋伸出聯(lián)接套頂端用雙螺母緊固（圖2）。

圖2 閥桿與連接套連接

（4）高調(diào)閥原閥套上的2×Φ25 mm固定銷子取出，并在兩孔基礎(chǔ)上加擴(kuò)孔安裝Φ30 mm的螺紋銷（回裝時裝上并沖牢）。

（5）在高調(diào)閥原閥套同一圓周面加開4個4×Φ5 mm的平衡孔，減少調(diào)門氣流擾動。

3.3 改造效果

調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)部防轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，汽流激振對門桿的作用力減弱，調(diào)節(jié)汽閥內(nèi)部件在氣流擾動時不再轉(zhuǎn)動。改造后運行至今未出現(xiàn)調(diào)門與連接套連接松動磨損現(xiàn)象，也未發(fā)生門桿磨損和連接套斷裂等事故。機(jī)組A修主汽調(diào)節(jié)閥解體檢查發(fā)現(xiàn)防轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)沒有磨損現(xiàn)象，牢固可靠，改造后運行良好。

主汽調(diào)節(jié)閥防轉(zhuǎn)改造徹底解決了因振動、偏轉(zhuǎn)作用造成調(diào)門閥芯轉(zhuǎn)動、調(diào)門門桿與連接套脫落等引起機(jī)組甩負(fù)荷甚至跳機(jī)等不安全隱患，提高了機(jī)組的運行安全性。提高機(jī)組一次調(diào)頻能力，增加電網(wǎng)安全性。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

改造前為了減少調(diào)門振動和偏轉(zhuǎn)隱患對機(jī)組的安全影響，提高機(jī)組的安全性能，每臺機(jī)組1#，2#主汽調(diào)節(jié)閥每年須解體檢修一次 ，一個調(diào)門檢修費用約8萬（表1）。

表1 主汽調(diào)節(jié)閥檢修費用表

運行中出現(xiàn)主汽調(diào)節(jié)閥閥桿、閥芯轉(zhuǎn)動或連接套與閥桿的緊固螺母脫落等事件時，為了機(jī)組安全運行須限制負(fù)荷在220 MW以下并強(qiáng)制關(guān)閉該調(diào)門。每次檢修處理時間約8 h，按每臺機(jī)組每年平均出現(xiàn)2次調(diào)門該情形事件，每次負(fù)荷降幅按平均8萬kW計算，每年每臺損失電量為128萬kW·h，利潤按0.05元（/kW·h）計算，每臺機(jī)組約損失利潤6.4萬元。如機(jī)組出現(xiàn)連接套及閥桿斷裂事故，造成跳機(jī)或需要停機(jī)處理，則損失更大。

不考慮跳機(jī)或停機(jī)處理造成的經(jīng)濟(jì)損失，每臺機(jī)組改造后大約可以減少經(jīng)濟(jì)損失22.4萬元，每臺機(jī)主汽調(diào)節(jié)閥改造費用約30萬元，一年半減少的經(jīng)濟(jì)損失就超過了投資總額，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)束語

2015年10月1#～4#機(jī)組主汽調(diào)節(jié)閥全部改造完畢，所有主汽調(diào)節(jié)閥已經(jīng)歷一年以上實踐檢驗，調(diào)門運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)轉(zhuǎn)動和門桿與連接套磨損脫落等事件，說明優(yōu)化改造方案合理，改造效果顯著，可為類似主汽調(diào)節(jié)閥的防振動防偏轉(zhuǎn)提供借鑒。

［1］李登峰.汽輪機(jī)高調(diào)門閥桿斷裂故障的改造優(yōu)化探索［J］.冶金動力，2010（1）：46-47.

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〔編輯 吳建卿〕