主調(diào)門內(nèi)漏缺陷原因分析與處理

李云應(yīng)，陸增圩，梁雄杰，周燕妮

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

1 問題

某電廠發(fā)電機(jī)組主調(diào)門由兩大部分組成：操縱座執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體部分（圖1）。閥體主要由閥芯和閥座組成，操縱座執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以控制閥桿使閥芯上下運(yùn)動，用對汽輪機(jī)進(jìn)氣量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制汽機(jī)轉(zhuǎn)速功率的目的。主調(diào)門操縱座執(zhí)行機(jī)構(gòu)一側(cè)連桿不動，油動機(jī)將另一側(cè)連桿向上提時，克服彈簧力帶動閥芯使閥芯向上移動，油動機(jī)卸油時，彈簧力使閥芯回座。主調(diào)門開度為0 時，閥芯和閥座（類似于截止閥閥芯與閥座）接觸，蒸汽無法通過，蒸汽沿著閥芯與閥體之間的間隙，通過壓力密封環(huán)處、定位鈕處、閥芯底部通孔進(jìn)入，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升。由于壓力密封環(huán)本身有一定泄漏量，因此主調(diào)門會有一個正常的漏氣量，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升至5001000 r/min。從首次核蒸汽沖轉(zhuǎn)以來，機(jī)組掛閘后汽機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，在調(diào)門未給開度指令情況下轉(zhuǎn)速升至1100 r/min 以上，最高升至1600 r/min，無法滿足機(jī)組暖機(jī)時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1100 r/min 的要求，說明主調(diào)門漏氣量很大，存在嚴(yán)重的內(nèi)漏問題。

2 原因排查

通過對泄漏路徑進(jìn)行分析，依次對可能的原因進(jìn)行排查。

圖1 主調(diào)門結(jié)構(gòu)

（1）檢查閥芯閥座密封性。大修及小修期間，對閥芯閥座密封面進(jìn)行藍(lán)油試驗，閥芯閥座密封線連續(xù)，表明閥門密封性滿足要求。

（3）檢查操縱座卡澀情況。確認(rèn)各銷釘連接部位自由度良好，動作順暢無卡澀。

（4）檢查主調(diào)門彈簧力。原基礎(chǔ)上增加5 t 的力（彈簧長度從610 mm 壓縮至450 mm），以觀察調(diào)門內(nèi)漏情況是否改善。經(jīng)驗證調(diào)門內(nèi)漏量沒有改善，說明彈簧力不是缺陷原因。

3 原因確認(rèn)

通過排查與討論分析，確定內(nèi)漏原因為閥芯回座自定位能力差。閥芯回座自定位能力差導(dǎo)致閥芯閥座配合不到位，最終導(dǎo)致密封不嚴(yán)，產(chǎn)生泄漏。

使閥芯回座自定位能力變差的因素：主調(diào)門卸載比過大、閥芯定位鈕結(jié)構(gòu)不合理、壓力密封環(huán)張力偏小、閥桿閥芯間隙偏大、閥座密封面型線不合理。

3.1 主調(diào)門卸載比過大

閥門卸載比是閥籠襯套內(nèi)徑與密封線直徑比值的平方。卸載比越大，表示蒸汽對閥芯上下兩方向的作用面積越接近，蒸汽對閥芯向下的壓力也越小。國外同形式項目卸載比為95.58%，某電廠主調(diào)門原卸載比為99豫，主調(diào)門已經(jīng)沒有太多密封比壓，卸載比偏大。

3.2 閥芯定位鈕結(jié)構(gòu)不合理

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)定位鈕外表面存在不同程度的磨損現(xiàn)象，磨損使閥芯傾斜量增大，影響閥芯回座能力。根據(jù)三角形公式，理論最大傾斜角度=arctan(1.22+磨損量/D）。式中，1.22取的是定位鈕外壁與閥體內(nèi)壁間隙，為11.711.27 mm 的中間值；D 為閥芯總高度，單位mm。

3.3 壓力密封環(huán)張力偏小

壓力密封環(huán)結(jié)構(gòu)為圓環(huán)，安裝在閥體內(nèi)壁與閥芯之間。閥芯開槽，張力使密封環(huán)與閥體內(nèi)壁接觸，起到密封作用。壓力密封環(huán)張力可以通過開口間隙間接衡量，標(biāo)準(zhǔn)為34.4 mm～46.6 mm。檢查發(fā)現(xiàn)運(yùn)行一個周期后壓力密封環(huán)開口間隙普遍低于標(biāo)準(zhǔn)值，典型數(shù)據(jù)如18.80 mm、33.58 mm、20.60 mm、27.02 mm。開口間隙偏小，說明張力不足，壓力密封環(huán)張力不足的可能原因為安裝時形變量增大，或者材料本身偏軟。

3.4 閥桿閥芯間隙偏大

主調(diào)門閥桿與定位環(huán)接觸為球面配合，閥桿閥芯配合間隙要求0.25 mm～0.30 mm，允許閥芯微調(diào)至最佳位置。接觸面磨損導(dǎo)致配合間隙變大，閥芯晃度加劇，使漏汽量增大。

3.5 閥座密封面型線不合理

某電廠主調(diào)門閥芯為圓弧面，閥座為R124 圓弧面，接觸面為整圈密封線。顯然，這種結(jié)構(gòu)密封線連續(xù)性很難保證整圈完全貼合。

4 處理措施

4.1 減小主調(diào)門卸載比

參考AP1000 項目及相關(guān)資料，通過減小襯套內(nèi)徑，將閥門卸載比減小至95.56豫。

4.2 閥芯定位鈕結(jié)構(gòu)改進(jìn)

（1）將4 個定位鈕改為圓環(huán)形定位環(huán)。整圈定位沒有盲點(diǎn)，保證有良好的同心度。

（2）閥芯定位鈕位置上移。

通過這兩點(diǎn)改進(jìn)，減小了閥芯的傾斜度，有效限制閥芯的傾斜，大大提高了閥芯的自定位能力，保證閥芯的穩(wěn)定性。

4.3 壓力密封環(huán)張力改進(jìn)

（1）設(shè)計壓力密封環(huán)拆裝工具[1]。常規(guī)的安裝方式是使用螺絲刀等工具將密封環(huán)張口擴(kuò)大并安裝至主調(diào)門閥芯筒體槽內(nèi)，容易出現(xiàn)壓力密封環(huán)變形量過大問題。設(shè)計新密封環(huán)拆裝工具，可以使密封環(huán)在最小彈性形變狀態(tài)下完成安裝，同時降低操作難度，縮短安裝時間。

圖2 改進(jìn)后沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速

（2）改進(jìn)壓力密封環(huán)材料。該機(jī)組主調(diào)門壓力密封環(huán)材料為GH2136。通過調(diào)研，將壓力密封環(huán)材料從原來的GH2136 替代為R-26，保證壓力密封環(huán)保持足夠的張力。GH2136 屬于鐵基高溫合金，為單一的奧氏體基體組織，R-26 高溫合金是一種兼有熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的合金。

4.4 閥桿閥芯間隙調(diào)整

通過設(shè)計閥桿、閥芯軸向間隙測量專用工具[2]，確認(rèn)間隙是否超出標(biāo)準(zhǔn)，對于超出標(biāo)準(zhǔn)的，將定位環(huán)車削加工，消除超標(biāo)量，之后進(jìn)行弧面研磨適配，最終將間隙調(diào)至合格范圍。

4.5 閥座密封面型線改進(jìn)

5 改進(jìn)效果

根據(jù)現(xiàn)場實施難度，改進(jìn)措施從易到難分兩個階段實施，第一階段：實施閥芯定位鈕結(jié)構(gòu)改進(jìn)、壓力密封環(huán)張力改進(jìn)、閥桿閥芯間隙調(diào)整；第二階段：實施減小主調(diào)門卸載比；閥座密封面型線改進(jìn)。

第一階段改進(jìn)實施后，多次起機(jī)沖轉(zhuǎn)驗證，主調(diào)門開度為0時，漏氣量很小，轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在5001000 r/min，且汽輪機(jī)組可以穩(wěn)定在1100 r/min 暖機(jī)。

第二階段的改進(jìn)措施在某新機(jī)組上已經(jīng)應(yīng)用，汽輪機(jī)組同樣可以穩(wěn)定在1100 r/min 暖機(jī)，說明主調(diào)門內(nèi)漏缺陷得到消除。改進(jìn)后沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速見圖2。

5 結(jié)束語

針對主調(diào)門內(nèi)漏問題，通過排查，確認(rèn)閥芯回座自定位能力差為內(nèi)漏原因，使閥芯回座自定位能力變差的因素有很多，如主調(diào)門卸載比太大、閥芯定位鈕結(jié)構(gòu)不合理、壓力密封環(huán)張力偏小、閥桿閥芯間隙偏大、閥座密封面型線不合理等。改進(jìn)其中的一項或者幾項，能不同程度地改善主調(diào)門內(nèi)漏現(xiàn)象。