浅谈某电厂600MW汽轮机高调门振动的原因及应对措施

黎宜克

摘要：根据某电厂1号机高压调门振动的问题，文章分析了导致振动的原因，并就这些问题提出了相对应的处理办法。本文还阐述了由于振动导致的螺栓断裂问题，并提出解决方法，供大家参考。

关键词：600MW汽轮机；高压调门；振动问题；应对措施

Abstract:According to some plant No. 1 high-pressure Regulating-valve vibration problems, this paper analyzes the vibration caused by reasons of these problems, and puts forward corresponding treatment measures. This paper also expounds the bolt fracture caused by vibration problems, and propose solutions, for your reference.

Key words:600MW steam turbine；High pressure valve；Vibration problem；Measures of

中图分类号：U665.12   文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言：

某电厂一期工程2×600MW燃煤机组配置的汽轮机是上海汽轮机有限公司引进美国西屋公司技术生产的亚临界、一次中间再热、四缸四排气，单轴、凝汽式，N600－16.7/537/537型汽轮机。在该汽轮机的两侧有两个固定支承的高压主汽调节联合阀，每个联合阀包含一个主汽门和两个调门。尽管该机拥有很多优秀的性能，但它的高调门振动，却一直是一个严重威胁电厂安全稳定运行的问题。从2005年12月投产到2006年3月，这短短的四个月中，由于高调的振动，相继导致1、2号轴承振动增大、负荷波动，调门定位销断裂，阀杆脱落、油动机连接座的螺钉断裂等事故出现，严重地甚至拉裂调门油动机OPC油管焊口，造成焊口呲油，差点导致机组停机。为此，分析高调门振动原因和处理好这个缺陷就成为当时该电厂的工作重点。为了行文叙述地方便，特规定从机头向发电机方向看，左侧是1号主汽门和1、3号调门，右侧则是2号主汽门和2、4号调门。

一、高调门振动的原因

在高调门问题出现的早期，主要考虑的是EH油系统方面的问题，因此先后进行了更换GV2调节汽阀伺服阀；降GV2调节汽阀阀位输出指令强制为60%；更换EH系统油泵进出口滤网；更换EH系统滤芯；提高EH系统油质清洁度，达到MOOG-0级（标准为2级）检查GV2调节汽阀VCC卡；更换GV1、GV2调节汽阀的LVDT。等措施。然后采取以上的措施后，开始阶段好象有所改善，但随着时间的推移，调节汽阀的振动问题依然严重。最后决定把四个阀门的阀杆与连接杆进行焊接，确保机组发电。此后，高压调节汽阀振动大有改善，运行逐趋平稳。

从现象看，阀杆与连接杆焊接后，可以改善调节汽阀的运行状态。那就说明，调节汽阀

图1 高压调节汽阀阀杆、连接杆结构简图

外部因素的影响暂时可以不考虑，阀门内部汽流扰动的影响也可以暂时排除。主要的影响因素是阀门内部机械部件的问题。查阅了有关高压调节汽阀图纸，发现其中有这么一条要求：扭拧904Nm（牛顿米），使连接杆和阀杆在该面的接触面积不小于80%，再装配销子。如果执行这个技术要求不到位的话，就会引起：阀杆与连接杆的接触面（见图1的B）有间隙，也就是说调节汽阀关闭时，弹簧所释放出来的冲击力一定要通过定位销（￠20）的传递来实现调节汽阀的快速关闭。(见图1和表1)

表1弹簧冲击力二种传递过程比较

从表1可知，当间隙B＞0时，销子担当了传递弹簧冲击力的任务。按表2阀门全开状态的（静止状态）弹簧力，经计算￠20定位销的剪切应力达17443N/cm2

（τ＝）。 阀门关闭时的弹簧冲击力，与静止状态弹簧力相比，要大数倍。这样，销子的剪切应力成倍增加。可想而知，在这种情况下，销子是无法承受的，结果是销子断裂。

表2高压调节汽阀弹簧力

4月初开始的#1机临修，拆下三根调节汽阀阀杆检查阀杆与连接杆配合的螺纹完好。也就是说，顶部螺纹与连接杆的配合是松动的，没有达到图纸要求（#2阀杆拆卸时，把阀杆割断了，只能检查三根阀杆）。

综上所述，#1机高压调节汽阀￠20定位销子断裂的主要原因是，阀杆与连接杆存在间隙（没有拧紧且接触面不好），销子参与了传递弹簧冲击力，导致断裂。阀杆脱落的主要原因是由于销子断裂和阀杆螺纹松动。而这些原因振动扩大，并且越来越厉害。

二、高调门振动的处理

因此，只要严格按照图纸技术要求进行装配，不但可以避免阀门销子断裂和阀杆脱落等问题，而且可以减轻阀门振动，同时可以基本解决阀门的油动机结合面螺钉断裂问题。

高压调节汽阀是汽轮机—发电机运行的重要部套，承受着高压高温蒸汽的考验，工作条件最恶劣的。一旦出现问题，少则影响机组功率，严重则影响机组安全稳定运行。因此，应特别重视调节汽阀的设计、加工和装配等工作。

三、高调门螺钉断裂的原因与处理

3.1、调节汽阀螺钉断裂情况

该电厂＃1机组自从机组168小时试运到现在，一直存在高调汽阀振动大情况。因为调阀振动大已经造成＃1调门OPC油管断裂、#2高调阀杆与连接杆销子断裂,阀杆下降等。2006年3月3日，逢1号机组临修之际，对#2高调阀弹簧座与弹簧架连接螺钉进行检查，发现12只螺钉断裂8只。随即扩大检查，结果#1调门螺钉断裂3只、#3调门螺钉断裂2只、＃4调门螺钉没断裂。

3.2、调节汽阀内六角螺钉断裂分析

1号机组有4个高调汽阀，每个调节汽阀弹簧座与弹簧架有12个连接用的内六角螺钉。在运行中，有3个调节汽阀出现数量不等的螺钉断裂，最多的为#2调节汽阀，共有8个螺钉断裂。所有断裂螺钉的断裂位置非常一致，均在螺钉的肩部，如图。据了解，其使用温度不超过200℃，在运行中受到较大的振动作用。

图2 内六角螺钉断裂示意图

螺钉的设计材质为42CrMo，规格为M12×80。为分析螺钉的断裂原因，我们对#2调节汽阀中6个断裂螺钉进行了光谱分析。结果表明：螺钉所用材料中合金元素Cr和Mo的含量与厂家所提供的设计资料很接近，可以排除材质错用的可能。另外，由于螺钉断裂是在1号机组临修过程中被发现的，其断口在运行中已经被研磨得很光滑，很难看出断裂的起始形貌。但其断裂位置非常一致的特征，可作为判断的一个基础。

一般地，螺钉的薄弱环节应在螺钉端部的螺纹处，但实际断口均在螺钉的肩部。从螺钉的实际结构尺寸上，我们发现两方面的问题：

（1）螺钉的肩部是台阶式结构，缺乏圆滑过渡；

（2）螺钉的内六角尺寸不合适，较大的H值以及B与D的大小接近都加剧了螺钉肩部的应力集中。而外界的较大振动则直接促进了螺钉肩部的断裂。

3.3、解决方案

主要是降低系统的振动，避免其承受交变载荷的作用。

改善螺钉的薄弱环节。① 把刚性螺钉变为柔性螺钉，可在螺钉的肩部设计R过渡；② 改变螺钉的内六角尺寸，根据实际情况，降低H值较好。

改变螺钉材质，提高材料等级。如可用35CrMo来代替42CrMo，在不降低螺钉材料抗拉强度的基础上，降低材质的含碳量，提高其塑性和韧性

四、结束语：

经过上述改造，该电厂1号机的高调门振动问题得到解决。而国产600MW机组的高调门振动是个普遍问题，希望汽轮机制造厂能高度重视这一问题，并从根本进行研究解决。

参考文献

[1]饶纪杭.李子连.汽轮机控制系统（DEH）应用情况调查报告[J].中国电力

[2]吴季兰.汽轮机设备及系统[M].北京：中国电力出版社.2000.