300MW火力發(fā)電汽輪機高壓主汽門閥桿斷裂原因分析

渠秋播

摘 要 文章針對300MW火力發(fā)電廠的汽輪機高壓主汽門閥桿斷裂現(xiàn)象進行了研究。該汽輪機型號為330N-16.67/538/538，其高壓主汽門閥桿出現(xiàn)一定的斷裂情況，經(jīng)過金相宏觀檢查、化學成分檢測、金相微觀分析以及力學性能檢測等檢測手段，排除是由于高壓主汽門閥桿本身的材料以及力學性能等方面的影響。結合高壓主汽門閥桿的自身結構以及閥桿在實際情況中的受力狀態(tài)，經(jīng)過進一步的分析能夠判斷出高壓主汽門閥桿斷裂是由于高壓主汽門閥桿根部的機械加工產(chǎn)生尖角，而尖角又引發(fā)一定的應力集中現(xiàn)象，再加上在實際情況下，高壓主汽門閥桿處于長期低頻振動的運動狀態(tài)導致的。文章提出了高壓主汽門閥桿根部進行表面氮化處理的針對性的建議。

關鍵詞 火力發(fā)電廠;汽輪機;高壓調(diào)節(jié)汽門;閥桿

對于汽輪機來說，其高壓主汽門是其核心的裝置之一，主要的作用是進行有效的切斷，從而實現(xiàn)汽輪機的進汽以及停機的操作，并對汽輪機進行一定的保護。高壓主汽門是汽輪機防止超速的關鍵保護裝置，高壓主汽門閥桿的動力主要是依靠壓力油的控制來實現(xiàn)一定的快速關閉以及開啟，一般的關閉時間都比較短。如果缺少了高壓主汽門閥桿，一旦汽輪機出現(xiàn)超速現(xiàn)象，甚至可能導致出現(xiàn)汽輪機的軸系斷裂現(xiàn)象，直接導致汽輪機報廢，造成嚴重的生命以及財產(chǎn)損失。本文同時提出了高壓主汽門閥桿根部進行表面的氮化處理等針對性的建議[1]。

1機組的情況介紹

水泵式汽輪機主要用于在燃煤電站中拖動給水泵為鍋爐供水。以往給水泵式汽輪機均為50%額定容量配置，單機功率小且互為冗余。該機組的運行狀況直接關系整個電站的運行，機組可靠性和穩(wěn)定性要求十分高。本發(fā)電公司是從上海汽輪機廠引進技術生產(chǎn)的330N-16.67/538/538型汽輪機。

2汽輪機高壓主汽門閥桿的外觀檢查

汽輪機高壓主汽門閥桿的斷裂的斷口表現(xiàn)為一定的錐形，而且表面出現(xiàn)嚴重的氧化現(xiàn)象，說明斷口已經(jīng)存在較長的時間。斷裂的位置基本處于32mm以及43mm的桿部相結合尖角處，尤其是較多規(guī)則排列的周向條狀裂紋存在于32mm以及43mm的桿部的過渡臺階上，經(jīng)過一定的表面打磨處理，裂紋更加明顯[2]。

3微觀金相分析

我們將斷裂的高汽輪機高壓主汽門閥桿進行一定的處理，并標出取樣的位置，經(jīng)過切割等獲取一定尺寸的條狀試樣，對該試樣進行一定的處理進而開展一定的金相分析。對于試樣的制備要首先進行不同型號的砂紙打磨，然后用拋光機進行一定的機械拋光，出現(xiàn)鏡面效果之后再進行腐蝕，腐蝕的溶液選擇氯化鐵鹽酸溶液。腐蝕后通過金相顯微鏡進行一定的微觀組織觀察，如下圖所示是汽輪機高壓主汽門閥桿的顯微組織。從中我們可以發(fā)現(xiàn)取樣點處存在著一定的周向裂紋，而且在周向裂紋上又存在著一些周向的平行條狀裂紋，其裂紋深度大約0.2mm～0.35mm，而且在裂縫中又發(fā)現(xiàn)了一定量的白色腐蝕產(chǎn)物，這就表明了這些裂紋存在較長的一段時間了。從微觀組織中并沒有發(fā)現(xiàn)一定的沿晶界擴展的裂紋，這能夠基本排除不合理的熱處理所引發(fā)的回火脆性現(xiàn)象。汽輪機高壓主汽門閥桿的遠離斷口的位置存在較多的馬氏體微觀組織，而且組織處于正常狀態(tài)[3]。

4汽輪機高壓主汽門閥桿的斷裂原因分析

一般來說汽輪機高壓主汽門閥桿的斷裂的原因可能是多種情況，而且其斷裂的表現(xiàn)特征也比較雜亂。通過對汽輪機高壓主汽門閥桿的分析，基本排除了其化學材質(zhì)以及力學性能的原因，然后結合汽輪機高壓主汽門閥桿的實際運行狀態(tài)以及閥門的汽室結構，我們推斷出汽輪機高壓主汽門閥桿斷裂的原因可能有如下幾點：

4.1 汽輪機高壓主汽門閥桿的結構應力集中

由于汽輪機高壓主汽門閥桿的根部存在一定的機械加工螺紋，而且這一螺紋的直徑基本等同于閥桿的尺寸，由于在機械加工過程中螺紋的根部存在著嚴重的加工尖角，在此次導致了明顯的應力集中現(xiàn)象，這可能是汽輪機高壓主汽門閥桿這一部位斷裂的原因之一[4]。

4.2 長期低頻振動

眾所周知，當前使用電網(wǎng)的因素較多，導致其負荷的變動比較雜亂，因而就使得高壓調(diào)節(jié)汽門出現(xiàn)高頻率的啟動以及關閉，這就導致了一種交變負荷的效果， 而螺紋尖角處的應力集中導致了閥桿材料的表面發(fā)生局部的滑移現(xiàn)象，局部的滑移可以說就是一種疲勞裂紋源。由于負荷的變動就會導致一定的循環(huán)載荷，在這種循環(huán)載荷的變化作用下，局部的滑移所形成的裂源會繼續(xù)發(fā)展，從而逐步地擴展為顯微裂紋。

4.3 氮化處理

一般來說高壓調(diào)節(jié)汽門閥桿的表面必須要經(jīng)過一定的氮化處理，制造廠家在對高壓調(diào)節(jié)汽門閥桿的表面進行氮化處理的目的主要是為了提高閥桿的耐磨性能以及整體抗疲勞性能。但是氮化處理實際上是對整個閥桿表面開展的，沒有充分地考慮閥桿根部絲扣處的螺紋尖角所引發(fā)的應力集中，將引起較大的脆性問題。所以說如果機組處于低負荷下，那么閥桿由于發(fā)生振動從而導致此處容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象[5]。

5結束語

綜上所述：一般來說，汽輪機高壓主汽門閥桿故障的原因較多，而且具有不同的表現(xiàn)的癥狀，單一的原因的分析較簡單，但是要是一種組合原因，那么對其進行分析就較為困難。因此，對于對主汽門故障原因需要做到及時科學的分析，制訂檢修計劃、準備材料備品提供充分的依據(jù)。

參考文獻

[1] 陳繼民，安洪坤.亞臨界600MW機組高壓主汽門操縱座改造研究[J].中國電業(yè)（技術版），2014，（4）：43-45.

[2] 呂鵬飛.高壓主汽門關閉不到位的原因與處理[J].電力安全技術，2010，（3）：43-44.

[3] 郭忠貴，毛欽森，楊雅儒.汽輪機高壓主汽門控制油泄漏故障處理[J].內(nèi)蒙古電力技術，2009，（3）：52-53.

[4] 王學成，汪勇剛，盧練響.滬產(chǎn)亞臨界600MW機組高壓主汽門閥座裂紋的分析及閥座更換處理[J].電力技術，2010，19（11）：65-70.

[5] 張文強，張耀宇.300MW汽輪機高壓主汽門卡澀原因分析[J].華電技術，2011，33（7）：10-11.