#1機#3高壓加熱器進水門缺陷分析處理

安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司 承 龍 夏 磊

1 事件描述

2月29日，#1機#3高壓加熱器經(jīng)過試漏，確認#3高壓加熱器泄漏。運行執(zhí)行#3高加解列操作，在關(guān)閉#3加事故疏水前隔離閥后，發(fā)現(xiàn)#3加汽側(cè)及#3抽汽電動閥后管道壓力由0.4MPa 升至2.5MPa，且#2高加正常疏水調(diào)節(jié)閥后隔離閥法蘭附近大量漏水，經(jīng)檢查確認漏水為#3高加汽側(cè)安全閥起跳泄壓所致。開啟#3加事故疏水前隔離閥，#3加事故疏水調(diào)節(jié)閥開啟進行疏放水，#3加汽側(cè)壓力恢復(fù)至0.5MPa 以下。#1機#3高加進水電動門關(guān)閉后，就地發(fā)生閥門及管道振動并聽到明顯異常聲音，判斷#3高加進水閥密封不嚴密，將#3高加進水閥開啟至5%位置，異常振動和聲音消失。

4月21日，#3高加進水閥解體后，發(fā)現(xiàn)下軸承座圈碎裂、銅套磨損嚴重、軸承室磨損嚴重、閥芯與閥座密封面發(fā)現(xiàn)壓痕等重大缺陷，具體缺陷如下：閥門操作機構(gòu)內(nèi)閥門絲母磨損嚴重。從圖1可看出，閥門絲母從下至上約300mm 長度均出現(xiàn)較嚴重磨損，特別是與下軸承座圈配合位置磨損最為嚴重；閥門軸承座圈粉碎。進水閥使用推力球軸承，軸承型號為NSK51334，軸承由一列帶保持架的鋼球、一個軸圈和一個座圈組成，在軸承室上方與下方各布置一個。進水閥解體后，上軸承基本完好、下軸承軸承座圈碎裂成多塊（圖2）；閥門軸承室磨損嚴重。軸承室安裝軸承的位置磨損較大，部分區(qū)域凹坑較深；閥門閥芯與閥座上發(fā)現(xiàn)一道貫穿密封面的壓痕。閥芯與閥座密封面上壓痕長度約15mm，深度最深處約2mm。

圖1 閥門絲母磨損嚴重

圖2 閥門軸承座圈粉碎

2 原因分析

2.1 軸承受力分析

從現(xiàn)場進出水閥布置來看，#3高加進水閥閥芯與進水閥閥前進水管段成一斜角，角度約為135°。閥門動作時，電機通過齒輪帶動螺紋套筒旋轉(zhuǎn)，再將力傳遞給閥桿。閥門全開時，進水閥的受力點在上軸承的座圈上。上軸承先受到螺紋套筒傳遞過來的壓應(yīng)力，再經(jīng)過板彈簧傳遞至下軸承，因此閥門開啟時，下軸承受力較小。

閥門關(guān)閉后，閥后介質(zhì)壓力很小，但閥前介質(zhì)壓力為給水壓力。按照閥門與進水管的角度，以及介質(zhì)低進高出的流向特性，閥芯會受到一個沿著閥桿方向朝上的力，其壓力為進口段壓力。根據(jù)力與壓強計算公式F=PS 計算出作用在閥桿上的力約為4.0×106N，相當(dāng)于40Wkg 物體的靜壓力。這就是說閥桿作用在閥芯上的力一定要超過F 才能實現(xiàn)密封。而閥桿的力是以齒輪箱的轉(zhuǎn)矩作為原動力，通過銅套轉(zhuǎn)到施加在閥桿上的力。根據(jù)力的相互作用原理，閥門關(guān)閉時銅套受到沿閥桿向上的力。這時候下軸承會直接受力，然后通過板彈簧的緩沖傳遞到壓蓋上，上軸承基本不受力。

2.2 分析軸承損壞的原因

因為閥門關(guān)閉時上壓板與壓蓋貼緊，所以閥門開啟的過程中螺紋套筒先是向下移動，此時上軸承最先受力，此時軸承受力較小。螺紋套筒繼續(xù)向下移動、板彈簧受力，接著下軸承座圈脫離螺紋套筒與支架端面接觸，此時閥桿開始向上移動、直至閥門完全開啟。整個過程中閥門軸承受力均較小，造成軸承損壞的可能較小。

閥門關(guān)閉時，因閥門密封面上出現(xiàn)一道壓痕，閥門密封不嚴，高壓介質(zhì)從閥前漏至閥后，因為閥門前后壓差很大，介質(zhì)通過閥門的閥芯后，壓力突降形成噴嘴效應(yīng)，介質(zhì)流速增加，同時會產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，會對閥門造成沖擊，閥門受迫振動。因為介質(zhì)的汽化不是穩(wěn)定的，所以振動也是一種不規(guī)律的振動，導(dǎo)致閥門下軸承的受力也處于一個不斷變化的狀態(tài)中，加速軸承的疲勞損傷。上軸承因為板彈簧的逐級緩沖受力影響較小。這是引起軸承損壞的最主要原因。此外以下幾點也會加劇軸承的損壞。

動靜部件同心度偏差的影響。如果閥門的動靜部件同心度偏差較大，會造成軸承與支架軸承室徑向間隙減小甚至消失，其方向與同心度偏差方向一致。運行過程中，閥門開啟與關(guān)閉時，螺紋套筒在軸向是會產(chǎn)生一定的位移，若軸承間隙消失，就會造成軸承損傷；潤滑的影響。高加進水閥支架安裝后，若螺紋套筒與閥門支架配合處間隙不均勻或間隙過大，會造成潤滑脂漏出流失，使得軸承潤滑受到影響，加速軸承的磨損。

軸承本身的問題。5系列推力球軸承的軸圈與座圈尺寸不同，內(nèi)徑小的為軸圈，內(nèi)徑大的為座圈。高加進水門使用的是NSK51334推力球軸承，其軸圈尺寸應(yīng)為Ф275×170，座圈為Ф280×174，現(xiàn)場實測下軸承軸圈為Ф280×170，與標準尺寸不符。座圈已損壞無法驗證，但尺寸誤差可能會使軸承在運行中產(chǎn)生一定的影響；板彈簧裝錯或失效。板彈簧表面不是一個平面，如果板彈簧同向安裝其效果將會降低一半甚至更多，如果板彈簧本身已失效，也是無法起到彈簧的作用。這種情況下，閥門關(guān)閉后任何的沖擊都將作用在軸承上，加速軸承的損傷；螺紋套筒位置的影響。若螺紋套筒在安裝時，相對于閥桿的位置過高，則會造成在緊壓蓋時將板彈簧壓平，也會使板彈簧失效。

3 處理措施與建議

對高加進水閥的設(shè)備缺陷處理方面，更換新軸承與螺紋套筒，復(fù)核螺紋套筒尺寸與圖紙基本一致；對進水管內(nèi)異物與閥座密封面缺陷外委進行修復(fù)；對閥門支架，根據(jù)配合面要求堆焊后車削。具體處理措施如下：

閥門操作機構(gòu)內(nèi)閥門絲母磨損嚴重。處理方案：發(fā)QDR 更換新絲母，核對新舊絲母尺寸，4月21日下午新絲母已領(lǐng)出。當(dāng)前核實尺寸，發(fā)現(xiàn)其中一處鍵槽長度偏小1mm，可用內(nèi)圓磨拓寬鍵槽后手工打磨光滑。另外絲母梯形螺紋總長度較圖紙小21mm，但影響不大，已匯報生技部。絲母運至現(xiàn)場后，應(yīng)對梯形螺紋與螺桿再進行實配，確認螺紋可用。同時可再補充一個新絲母做備件；閥門軸承座圈粉碎。處理方案：發(fā)QDR 更換新軸承，軸承型號NSK51334，4月20日已申請采購。軸承上下各1組，安裝時注意軸承方向。

軸承室磨損嚴重。處理方案：發(fā)QDR，對磨損位置檢查材質(zhì)后用同類材質(zhì)補焊。閥門支架為鑄造材料，需進一步確認材料的可焊性，需細化焊接工藝及熱處理方案，因支架與操作機構(gòu)一體，需考慮對操作機構(gòu)的連接部件進一步解體拆解，以方便加工。焊后送機修，生技部確定基準對補焊處車削?，F(xiàn)場初步確定汽機部牽頭，將閥門支架吊至平臺，配合確認材質(zhì)、清理打磨后，由生產(chǎn)服務(wù)部負責(zé)熱處理、焊接、保溫、二次加工，各基準面圖紙及尺寸確認由生技部提供技術(shù)支持。

閥門閥芯與閥座上發(fā)現(xiàn)一道貫穿密封面的壓痕。處理方案：閥門內(nèi)閥座有異物壓痕，長度約15mm、深度約2mm 左右，因閥門內(nèi)徑小、深度深，需外委檢修，但修復(fù)難度較大，需加工熱處理，維修最大難度是閥座深度，檢修焊接人員一般無法正常操作，焊接時又擔(dān)心易產(chǎn)生裂紋使缺陷擴大，加熱后人又無法操作；公司內(nèi)部可能無法進行修復(fù)，生技部正在尋找具備條件的公司進行修復(fù)；閥頭在與閥座對應(yīng)位置有壓痕，需拆卸閥頭，進行加工堆焊硬質(zhì)合金、熱處理后修復(fù)，擬與閥閥同步進行修復(fù)。

建議：定期添加潤滑脂；軸承安裝前復(fù)核尺寸，避免再次出現(xiàn)類似情況；支架、螺紋套筒安裝后，用塞尺檢查支架與螺紋套筒的周邊間隙；執(zhí)行文件中增加板彈簧弧度檢查工序；螺紋套筒安裝完成后檢查與軸承及支架的相對位置；對高加進、出水閥及同類高參數(shù)閥門制定定期全面解體檢查、軸承檢查計劃，特別是#3高加參數(shù)較高，泄漏次數(shù)較多，可制定滾動計劃，重點檢查。