660MW汽輪機調節閥門改進技術簡述

張智

摘 要：我公司3、4號機組為東方汽輪機廠生產，型號D660B，投產運行4年，期間660MW機組出現高壓調節閥閥桿與十字頭聯接防轉銷斷裂，十字頭、閥桿聯接螺紋損壞等問題。采用最新的設計技術對其進行了改造，經過運行表明改造是非常成功的，也為其它閥門改造提供了很好的借鑒。

關鍵詞：高壓調節閥；中壓調節閥；改造；成功運行

近年來，我公司660MW汽輪機組高壓調節閥在試運或投運一段時間后，高壓閥門在機組停機打閘、快速關閉時出現“卡澀”，且遠傳和就地顯示均反饋閥門卡在一定開度無法關閉到零位現象。機組運行過程中，也曾發現當某個調節閥指令開度發生變化時，機組負荷不隨之變化的故障。解體檢查后發現，閥桿與十字頭聯接防轉銷斷裂，閥桿旋轉部分退出十字頭，使閥桿“變長”，或者十字頭、閥桿聯接螺紋已損壞，出現閥碟實際脫落等故障。

文章主要針對上述故障進行分析討論，結合高壓調節閥桿與操縱座聯接結構形式、電廠檢修安裝實際情況，提出改進處理方案。

1 高壓調節閥技術改進

1.1 高壓調節閥與操縱座十字頭原聯接結構

1.1.1 結構簡介。東汽在役660MW機組高壓主汽調節閥中的高壓調節閥的閥桿提升機構均按“日立”調節閥結構，模化設計成閥桿與操縱座十字頭采用螺紋直接聯結，聯接結構見圖1。

高壓調節閥油動機通過杠桿機構帶動十字頭在調節閥操縱座內上下移動，調節閥桿與十字頭采取螺紋進行聯接，閥桿頂部與十字頭之間設置了一墊環，以承受機組遮斷時強大的沖擊載荷，避免閥桿與十字頭聯接螺紋受力，十字頭與閥桿之間設計的圓柱銷防止閥桿在機組運行中旋轉。

1.1.2 閥門開啟和關閉過程。當遮斷電磁閥失電時，遮斷電磁閥排油口關閉，卸載閥上腔室建立起高壓安全油壓，卸載閥關閉。當需要開啟閥門時，伺服閥將壓力油引入活塞下部，則油壓力克服彈簧力和蒸汽力并通過調節閥杠桿機構帶動十字頭在操縱座支架內向上運動，調節閥桿、閥碟與十字頭一起向上運動；當安全油壓卸掉時，卸載閥打開，將油動機活塞下腔室接通油動機活塞上腔室及排油管，在彈簧力及蒸汽力的作用下快速關閉油動機，閥門操縱座在彈簧緊力的作用下使十字頭在操縱座支架內迅速向下運動，調節閥閥桿、閥碟隨之向下快速運動使閥門關閉。

1.2 高壓調節閥與十字頭聯接失效分析

1.2.1 聯接失效故障描述。我公司3號機#3、#4高壓調節閥，在2012年3月22日和2012年6月20日運行時脫落，機組AGC運行方式，負荷穩定在600MW，負荷突降至536MW，主蒸汽壓力突然從24.1MPa快速升至27.5MPa。檢查發現汽機#4高壓調整閥后壓力從24.1MPa突變至13.1MPa，初步判斷為CV4門芯脫落，機組無法帶滿負荷運行。出現閥門關閉或者變負荷過程中出現閥門關閉不到位或機組負荷不隨閥門開度指令變化故障。解體檢查后發現，閥桿與十字頭聯接防轉銷斷裂，閥桿旋轉部分退出十字頭，使閥桿“變長”，十字頭、閥桿聯接螺紋已損壞，出現閥碟實際脫落故障。

1.2.2 失效原因分析。從故障中的分析及實際處理情況來看，產生此類問題的主要原因有：安裝公司復裝時閥桿頂部與十字套間的墊環之間存在間隙；安裝公司復裝時將#1～#4調節閥的墊環混裝和漏裝；復裝時未檢查墊環與閥桿接觸情況。

造成十字頭與閥桿間的防轉圓柱銷在機組打閘停機、調節閥快關及變負荷過程中承受巨大的沖擊載荷，防轉圓柱銷受強剪切應力而斷裂，閥桿防轉失效，在汽流的擾動下逐漸退出十字套，使得閥桿“變長”，嚴重時閥桿與十字套間的聯接螺紋損壞，閥桿脫落。

在機組閥門活動試驗或打閘停機時，調節閥雖已關閉，但就地與集控室檢查顯示調節閥卡在某個閥位，調門仍存在一定開度的假象。

1.3 高壓調節閥十字頭與閥桿聯接失效改進

1.3.1 改進方案1。在不改動原調節閥桿結構的基礎上，將原十字頭的螺紋部分加工擴大成一圓柱孔，設計提升螺母將原設計閥桿與十字頭的直接聯接改為間接聯接，提升螺母外圓與十字頭上的孔采用間隙配合，提升螺母外圓上設計導向槽，在十字頭上設計導向銷防止提升螺母轉動，并保證提升螺母可以上下移動，提升螺母的定位則由下部螺塞完成。改進后閥桿端面與十字頭之間仍通過調整墊片來進行調整，但閥桿端面貼合要求比原設計要求低，允許該處存在微小間隙。為防止閥桿轉動，設計止動板限制其轉動，止動板采用焊接的方式固定在十字頭上。

閥門開啟時，十字頭向上運動，螺塞與提升螺母接觸，通過提升螺母與閥桿之間的螺紋聯接帶動閥桿向上提升；閥桿關閉時，十字頭向下運動，閥桿與墊環接觸，由于提升螺母與十字頭頂部設計有幾毫米間隙，即使墊環與閥桿或十字頭之間存在少量間隙，十字頭仍會通過墊環驅動閥桿向下運動，以達到保護閥桿與提升螺母間螺紋的目的。

方案1取消了原設計閥桿防旋轉止動銷，設計止動板結構并采用焊接的工藝方式實現與十字頭的固定，以防止閥桿的旋轉。由于十字頭的材質為45Cr1MoV，止動板的材質為35CrMoA，二者的焊接性能差，所以應重點注意預熱和焊接操作，因此建議采用易于在現場實施的因可鎳冷焊方法。

1.3.2 改進方案2（錐套結構）。為了杜絕焊接工藝執行時人為因素，東汽廠提出錐套結構的改進設計。

此結構設計為：閥桿上端設計成一定角度的錐體，與錐形襯套密配合為一體，用圓螺母牢固鎖緊后再加，裝一帶槽鎖緊圓螺母將圓螺母鎖死，防止圓螺母可能發生的松脫。完成上述裝配工作后將錐襯套連同閥桿裝入十字頭并用外六角圓柱螺釘邊接成一體。

此結構與原設計相較，閥桿與十字頭無直接連接關系，原設計的拆卸弊病不可能在該結構上發生；拆卸、維修方便，只需拆除連接螺釘，便完成了十字頭與閥桿的分解工作。閥桿與襯套的分解，卸掉上端螺母后，便可取下襯套。對檢修來無任何后顧之憂。

此結構與提升螺母結構相較，取消了止動板，即取消裝配后焊接工序與拆卸時止動板的打磨工序，該設計結構巧妙利用內外錐面緊密配合的自鎖原理，有效地抑制了閥桿因汽流擾動所產生的不規則顫動，大大增強了調節閥工作的穩定性，錐套結構的自動對中功能也有助于現場閥碟與閥座的密封，從而根本上徹底解除了原設計無法拆卸的弊端和可能存在的漏汽問題，徹底排除了檢修的后顧之憂。

2 結束語

改進方案確定后，已在廣東紅海灣發電有限公司3、4號機改造實施，取得了良好的效果，改造后未再發生閥桿與十字頭聯接失效問題，保證了機組安全運行。

參考文獻

[1]劉華戡，馬現云.300MW、600MW汽輪機高壓主汽調節閥常見故障分析與處理[J].東方汽輪機，2006（2）.

[2]羅富春.汽輪機改造技術[Z].東汽2011年度300MW機組技術交流年會資料.2011，10.