某國產(chǎn)亞臨界660MW 機(jī)組高調(diào)閥閥桿松脫的分析與改進(jìn)

陸冬磊

（浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 平湖 314200）

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某機(jī)組汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N600-16.7/538/538 型，亞臨界、單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組配有4 個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥，用于控制高壓缸內(nèi)相對(duì)應(yīng)的噴嘴組進(jìn)汽管，高調(diào)閥由獨(dú)立的油動(dòng)機(jī)操控，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的蒸汽分配要求。調(diào)閥開度由相應(yīng)的油動(dòng)機(jī)控制，油動(dòng)機(jī)活塞上移可打開高壓調(diào)節(jié)閥，彈簧下移關(guān)閉。閥位信號(hào)安裝有LVDT位移傳感器，傳動(dòng)桿支架固定在彈簧座上，反饋裝置則連接在閥桿與油動(dòng)機(jī)桿的連接桿上。該機(jī)組汽輪機(jī)完成660MW 通流改造后，在順序閥控制方式下因汽流激振的影響，1#、2#軸承的軸振值偏大，故一直采用單閥控制方式，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性非常不利。經(jīng)過多次對(duì)配汽方式進(jìn)行閥序摸底試驗(yàn)，切至2#/3+1 控制方式運(yùn)行，4#高調(diào)閥DEH 側(cè)從順序閥模塊處強(qiáng)制關(guān)閉，切換至單閥運(yùn)行方式時(shí)仍可正常打開。

2 存在故障

（1）該機(jī)組3#高調(diào)閥于日常點(diǎn)檢過程中發(fā)現(xiàn)閥桿晃動(dòng)較大，其中連接桿與閥桿連接處防轉(zhuǎn)銷已斷裂，閥桿螺紋退牙下滑約11mm（總行程為76mm）。維護(hù)人員在閥桿與連接桿連接處加三角墊塊并焊接固定，確保閥桿不再繼續(xù)脫出。將該機(jī)組低負(fù)荷狀態(tài)下切單閥，同時(shí)對(duì)3#高調(diào)閥流量特性曲線進(jìn)行修改，修改后實(shí)現(xiàn)3#高調(diào)閥實(shí)際閥位開度基本與2#高調(diào)閥一致，偏差上調(diào)值為11mm。

（2）該機(jī)組采用順序閥運(yùn)行過程中，2#、3#高調(diào)閥開度100%，1#高調(diào)閥開度36%，4#高調(diào)閥關(guān)閉，機(jī)組出力600MW，主蒸汽參數(shù)16.54MPa/537℃。該機(jī)組負(fù)荷驟降至543MW，主汽壓突升至17.9MPa，運(yùn)行緊急撤出AGC，手動(dòng)停F 制粉系統(tǒng)，壓力回落至正常值。就地檢查主機(jī)各調(diào)閥閥限指示正常，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)該機(jī)組1#高調(diào)閥連接桿與閥桿連接處螺紋磨損，螺紋露出，閥桿與連接桿脫出。維護(hù)人員暫時(shí)對(duì)閥桿與連接桿角焊縫電焊方式固定，并更改機(jī)組順序閥控制方式，由2#/3、1#、4#改至2#/3、4#、1#，在順序閥模式下強(qiáng)制關(guān)閉1#高調(diào)閥，單閥模式下1#高調(diào)閥能正常開啟。

3 分析與處理

3.1 解體情況

利用機(jī)組調(diào)停機(jī)會(huì)，對(duì)該機(jī)組各高調(diào)閥進(jìn)行解體大修，其中1#、3#高調(diào)閥連接桿與閥桿咬死，破壞連接桿后取出閥桿。檢查閥桿，發(fā)現(xiàn)閥桿頂部螺紋段均有不同程度的磨損，測(cè)量1#高調(diào)閥閥桿頭部螺紋段大徑為54mm（原尺寸為M56×2mm 細(xì)牙螺紋連接）。閥桿銷子孔擴(kuò)大至13.5mm大于銷子直徑，見圖1。

圖1 閥桿螺紋磨損、壞牙

3.2 原因分析

針對(duì)上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的A157 型機(jī)組高調(diào)節(jié)閥閥桿與連接桿連接螺紋多次脫出、防轉(zhuǎn)銷斷裂的情況，查看廠家設(shè)計(jì)圖紙及工藝說明，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障具體分析主要原因有以下2 點(diǎn)。

（1）調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)方面。主汽閥閥座與高調(diào)閥閥座均直接安裝在蒸汽室結(jié)構(gòu)中，在調(diào)閥調(diào)節(jié)過程中，高調(diào)閥閥碟在高壓、高溫主蒸汽的作用下，蒸汽對(duì)閥內(nèi)組件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩，該高調(diào)節(jié)閥閥頭為球形設(shè)計(jì)，扭矩作用下引起閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，相應(yīng)的作用在防轉(zhuǎn)銷上產(chǎn)生剪切應(yīng)力。同時(shí)，由于機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)油動(dòng)機(jī)、高調(diào)閥支座的劇烈振動(dòng)，加劇了防轉(zhuǎn)銷的剪切力作用，使其產(chǎn)生應(yīng)力疲勞而引起斷裂。其中，該機(jī)組高調(diào)閥閥桿與連接桿連接螺紋為M56×2mm 細(xì)牙連接，螺紋較薄，較粗牙螺紋，細(xì)牙螺紋的耐磨性較差，容易磨損，在受力比較大尤其是拉力作用時(shí)，細(xì)牙螺紋易發(fā)生螺紋磨損，其使用可靠性不高。而一旦防轉(zhuǎn)銷斷裂，在主蒸汽作用下，閥桿受轉(zhuǎn)動(dòng)力，加劇了細(xì)牙螺紋磨損，造成高調(diào)閥閥桿松動(dòng)乃至掉落。

（2）檢修工藝方面。在高調(diào)閥檢修工作中的主要問題體現(xiàn)在閥桿與連接桿處安裝工藝不到位。按照廠家圖紙要求，閥桿裝配時(shí)，需著色檢查確認(rèn)閥桿頭端面與連接桿底孔接觸面積不小于80%，確認(rèn)端面貼實(shí)后，方可鉆鉸孔、配裝12×120mm 規(guī)格的防轉(zhuǎn)銷并沖鉚，其中閥桿與連接桿之間的緊固力矩為904N·M。在調(diào)閥檢修工作中，對(duì)于質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致檢修單位忽視了閥桿與連接桿的接觸面著色檢查工作，閥桿與連接桿間調(diào)整墊片未添加，閥桿頭未頂實(shí)，存在活動(dòng)間隙。同時(shí)，在安裝防轉(zhuǎn)銷過程中，為了方便安裝，又把閥桿上的防轉(zhuǎn)銷孔擴(kuò)大，導(dǎo)致防轉(zhuǎn)銷與閥桿未緊密配合。根據(jù)圖紙上要求，閥桿、連接桿以及防轉(zhuǎn)銷的材質(zhì)均為C422（2Cr12NiMo1W1V）。在以往檢修中亦存在偷工減料的情況，用普通45 號(hào)鋼銷替代，其強(qiáng)度不足以滿足高調(diào)閥的運(yùn)行要求，易發(fā)生損傷斷裂。這2 方面的因素，導(dǎo)致高調(diào)閥在頻繁的調(diào)節(jié)過程中因振動(dòng)，防轉(zhuǎn)銷斷裂，螺紋與連接桿產(chǎn)生相對(duì)位移導(dǎo)致磨損。

4 處理與改進(jìn)

檢修人員在調(diào)停期間更換連接桿，但是在機(jī)組、閥座劇烈的振動(dòng)情況下，閥桿螺紋連接段磨損、閥桿脫出的風(fēng)險(xiǎn)依舊不可控。針對(duì)原有連接方式存在諸多不合理之處，于機(jī)組停機(jī)檢修期間，在制造廠的積極配合下，對(duì)高調(diào)閥進(jìn)行全面的改型處理。

具體如圖2 所示，原有的連接桿連接形式升級(jí)改造為法蘭連接，其中上法蘭與活塞桿緊密連接，并安裝止轉(zhuǎn)片，用內(nèi)六角螺釘鎖緊點(diǎn)焊。閥桿頭部圓柱端安裝在一卡扣內(nèi)，在側(cè)面使用M12×40mm 的緊定螺釘固定，通過卡扣與下法蘭之間的限位凸臺(tái)緊密配合。在安裝過程中加強(qiáng)工藝要求，上、下法蘭四顆連接螺栓按照要求的力矩?cái)Q緊，在閥桿和活塞桿之間安裝一可調(diào)厚度的墊片確保貼實(shí)無間隙（用紅丹粉著色檢查），墊片安裝在閥桿頭部端面，并采用M10×25mm 的內(nèi)六角螺釘固定。其中，法蘭材質(zhì)為21CrMoNiV4-7，緊定螺釘、法蘭螺栓材質(zhì)為2Cr12MoV，對(duì)所有部件材質(zhì)進(jìn)行光譜儀檢查，確認(rèn)無誤。

在高調(diào)閥調(diào)節(jié)過程中，油動(dòng)機(jī)活塞桿拉起法蘭和螺栓帶動(dòng)閥桿以打開，彈簧下移壓實(shí)墊塊、卡扣以關(guān)閉高調(diào)閥。新的法蘭式連接方式使得調(diào)節(jié)可靠性更高，亦便于檢修拆裝。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組整體振動(dòng)較大的問題，通過對(duì)閥內(nèi)件、閥蓋的更換，對(duì)閥桿進(jìn)行加粗設(shè)計(jì)，采用整體閥桿結(jié)構(gòu)，即將原來的閥碟、閥套、閥桿等部件優(yōu)化整合為一個(gè)部件。增大閥蓋的厚度尺寸、重量，進(jìn)一步提高整體穩(wěn)定性，從而降低機(jī)組振動(dòng)造成的影響。

圖2 兩種連接方式對(duì)比

5 結(jié)語

汽輪機(jī)高調(diào)閥是汽輪機(jī)調(diào)速的重要設(shè)備，調(diào)節(jié)進(jìn)汽量，改變汽輪機(jī)組功率，必須確保其調(diào)節(jié)工作的穩(wěn)定性、可靠性。高調(diào)閥閥桿脫落會(huì)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行帶來極大的危害，而此類故障在同類型機(jī)組上多有發(fā)生，通過對(duì)調(diào)閥閥桿與油動(dòng)機(jī)連接形式的改型從而加強(qiáng)連接部位的承載能力，并重新設(shè)計(jì)了調(diào)閥內(nèi)部組件，進(jìn)一步降低閥座區(qū)域的整體振動(dòng)，從而解決高調(diào)閥振動(dòng)及閥桿脫落的問題。