贵溪东汽300MW机组高压调节汽阀阀杆连接优化方案

贵溪东汽300MW机组高压调节汽阀阀杆连接优化方案

郑拥军

（国家电投集团江西电力工程有限公司贵溪分公司江西贵溪335400）

摘要：贵溪二期300MW机组2011年以来高压主汽调门相继发生门杆与十字套螺母脱扣事件，DCS上调阀无法随指令变化而变化，造成高压主汽调门关闭无法正常开启。直接影响机组正常运行及带负荷，严重威胁到机组的安全经济运行。如何改进及解决高压调门门杆与十字套螺母脱扣事件，提高运行中阀门的可靠性。本文结合二期设备现状与东方汽轮机厂技术改造，以提高设备的可靠性。

关键词：高压调节阀；阀杆；连接；优化

1设备慨况

贵溪二期两台东汽产N300－16.7/537／537－8型（合缸）汽轮机是东方汽轮机厂引进和吸收国内外先进技术设计制造的最新第八代亚临界300MW优化机型之一，为一次中间再热两缸两排汽凝汽式汽轮机。它与相应容量的锅炉和汽轮发电机配套，构成大型火力发电机组，在电网中以带基本负荷为主，也可承担部分调峰负荷。其配汽机构采用喷嘴配汽（部分进汽）和节流配汽（全周进汽），其主要结构为高压主汽调节阀由2个主汽阀和4个调节阀组成，4个调节阀共用1个阀壳，两个主汽阀出口与调节阀壳相连，布置进凑，主汽阀配合直径为φ280。机组右侧为#1、#3调节阀；左侧为#2、#4调节阀。#1～#4调节阀配合直径为φ170。为了减少阀门的提升力，主汽阀和调节阀都设有预启阀。4个调节阀分别控制高压内缸里相对的4组喷嘴，调节阀分别由各自独立油动机控制。主汽阀的油动机位于主汽阀下面，直接推动主汽阀。

图1高压主汽阀、调节阀结构

2设备运行情况

贵溪#6机组2011年#1、#2、#4高压主汽调门相继发生门杆与十字套螺母脱扣事件，DCS上调阀无法随指令变化而变化，造成高压主汽调门关闭无法开启。直接影响机组正常运行及带负荷，严重威胁到机组的安全经济运行。

3高压调节汽阀阀杆脱落的主要现象为

（1）运行人员输入阀位开关指令时反馈变化，但蒸汽流量和机组负荷变化较小或无变化。

（2）机组带负荷时受到制约无法带满负荷。

4高压调节汽阀阀杆脱落故障的原因分析与处理

造成阀杆脱落的原因有很多，它和整台机组的整体设计、阀杆组件的安装、机组的运行工况等都有关系。

为彻底查清阀门的实际状况，我们利用2012年3月#6机组大修机会对所有高压调节汽阀进行了解体检查，检查情况如下：

（1）1#高压调门：高调门门杆与十字套连接处定位销断裂脱落成3段，调整垫片有阀杆压痕，十字套与阀杆松脱，门杆螺纹大部分严重损伤，螺纹已脱扣在大修前已经无法运行。经专业研究决定厂家配合已经更换东汽厂新型十字套和阀杆组件。

（2）2#高压调门：2011年5月机组小修时因门杆与十字套连接处定位销断裂，后由厂家人员配合重新经清理打磨后在原销孔处重新铰孔将原来Φ10mm的定位销改为Φ19mm改进型定位销，更换了新阀杆组件和新十字套，本次解体后未发现异常、检查阀芯密封线连续均匀、接触良好。本次大修没有检修。

（3）3#高压调门：高调门门杆与十字导向套连接处定位销断裂成3段，调整垫片有阀杆压痕，十字套与阀杆松动，门杆螺纹有轻微缺损，阀杆与十字套在运行中处于似离非离状态，运行中调整该阀时出现有时可调节汽量、有时却不可调节汽量的现象。经专业研究决定厂家配合已经更换东汽厂新型十字套和阀杆组件。

（4）#4高压调门：高调门门杆与十字套连接处定位销断裂成3段，门杆螺纹有个别丝扣存在轻微缺损，更换调整垫环。经专业研究决定厂家配合已经更换东汽厂新型十字套和阀杆组件。

图2断裂的门杆与十字套连接处断裂定位销

图3拆下的旧门杆与十字套连接处磨损螺纹

从以上检查情况看出高压调节汽阀阀杆存在如下共同特点：定位销全部断成三段、门杆螺纹或多或少都受到损伤，从调整垫片压痕分析看出门杆装配后距离十字套顶部还有一定间隙。从图2拆下的门杆与十字套连接处螺纹照片上看出，门杆上的连接螺纹在靠近十字套一侧的螺纹侧边损伤严重，联系运行人员当时工况情况描述，应该是受到了压应力作用，因此定位销也应该是受到压应力而被切断，同时阀杆连接螺纹上还有咬丝的痕迹。那么是什么原因产生如此大的压应力导致定位销断裂，阀杆咬丝脱落呢?综合分析原因如下：

东方300MW机组，其高压主汽调节阀的阀杆提升机构均按“日立”调节阀结构设计成阀杆提升装置与阀杆采用螺纹加销轴直接连接方式，如下图4所示：

随着国内装机总容量的增加，300MW机组已经成为主要调峰机组，机组启停频繁。机组在停机打闸时，高压调节汽阀迅速关闭，在弹簧力的作用下，阀蝶与阀座接触时会产生很大的冲击力，又由于阀杆顶部与十字套之间没有紧密接触存在间隙，所以冲击力全部集中在丝扣和定位销上，而按照设计要求其冲击力应由十字套顶部来承受。由于机组频繁开、停机和打闸试验次数增多螺纹逐渐发生变形，阀杆与十字连接套发生相对移动，最终导致定位销被剪切断裂。

该型机组高压调节汽阀主阀碟固定在主阀杆上，不能自由旋转。在设计上四个高压调节汽阀共用一个腔室，两个高压主汽阀并列同时向四个高压调节汽阀供汽，在高压调节汽阀内易产生涡流对主阀芯产生旋转力矩，阀芯带动门杆旋转，进一步将定位销损坏并最终导致阀芯及门杆旋出或螺纹损坏。

图4十字头与阀杆连接原设计结构图

由于阀门关闭瞬间强大的反作用到螺纹结合面上，使得螺纹发生严重变形，造成大修时高压调节阀无法解体，甚至冲击致使销轴剪断，螺纹退扣，门杆与连接套之间刚性降低，门杆来回摆动疲劳断裂。

针对本次大修高压调门阀杆与十字套连接定位销断裂脱落实际和其它电厂相同机组在运行时发生的情况，在咨询东方汽轮机厂技术人员后，得知东汽厂同类型机组高压调节阀杆与十字套连接方式存在设计缺陷，门杆螺纹与十字套螺母直接相连，只靠一只Φ10的定位销连接。在反复开启、关闭过程中，由于销子无法承受巨大的冲击力而发生断裂。阀杆螺纹与十字套螺母也无法承受冲击力，造成螺纹损坏阀杆脱落。（严重的发生高压调门阀杆断裂情况）为此厂家已经设计改进型十字套。贵溪二期已经将1#、3#、4#高压调门更换为改进型十字套和阀杆、阀芯组件。新型十字套装配图见图5（即取消原阀杆与十字套定位销，将原十字套更换为新型十字套，装配阀杆与十字套之间的调整垫片时将阀杆旋死使调整垫片与十字套紧密接触，能后在阀杆与十字套连接处采用半块哈夫锁住，并将哈夫焊接在十字套上以保证有足够的力量抵御冲击力。）

图5新型十字套装配图

#6机组经过采取以上措施，经过一年多的运行考验，均未再发生调节气阀阀芯脱落的缺陷，阀门工作正常。

5对安装检修、维护的防范措施建议

（1）严格安装工艺：在定位销的选材上采用东汽厂要求的材质#45钢；加工工艺按照图纸要求控制定位尺寸和销孔配合尺寸。

（2）在定位销的安装上，装配一定要合适，不能过松或过紧，定位销封口要牢固可靠。

（3）装配阀杆与十字连接套之间的垫片时，装配的垫片要确保阀杆能够旋死于十字套紧密接触并装好定位销。

（4）对阀杆螺纹和十字连接套内螺纹检查，发现螺纹损坏严重更换相应备件。

参考文献

[1]《东方汽轮机厂N300－16.7/537／537－8型（合缸）汽轮机说明书》

[2]《东方汽轮机厂300MW机组高压调节阀门杆连接优化方案》