汽轮机高压主调阀故障分析及处理

乔 鑫 宋婷婷

海南核电有限公司

汽轮机高压主调阀故障分析及处理

乔 鑫 宋婷婷

海南核电有限公司

本文介绍了某电厂汽轮发电机机组在调试阶段，汽轮机高压主调阀发生的诸多问题，调试人员从实际问题出发，会同设备厂家多次讨论，针对高压主调阀存在的问题进行原因分析，制定出切实可行的处理方案，最终将问题解决。

高压调阀；振动；功率

一、引言

某电厂汽轮发电机机组设计为单轴、四缸六排汽带中间汽水分离再热器的反动凝汽式汽轮机。主蒸汽通过主汽阀后分两路进入调节阀，然后经高压导汽管分别从高压缸的上部和下部各两根管道进入高压缸，高压缸排汽从MSR底部侧面进入位于低压缸两侧MSR，MSR排汽经再热阀门后进入低压缸对转子做功。当机组功率升至75%时，发现调阀开度已达到最大，机组无法继续升功率，进行相应处理后机组功率顺利升至100%，并完成了相关试验，但是高压调阀一直存在啸叫，振动剧烈，且多次发生阀杆定位销折断导致阀芯脱落事件。

二、主调阀功能概述

1、转速控制；机组挂闸瞬间，主汽阀打开，随着主调阀的逐渐开启，汽机转速升高，直至升至3000rpm，电力行业标准规定主调阀的泄漏量要求必须满足汽轮机转速不得高于1000rpm，以便于机组低转速时进行听音检查，以消除机组可能存在的动静碰磨安全隐患。

2、功率控制。机组正常运行期间，通过调节调阀开度，控制机组蒸汽流量，从而进行功率调节控制。

3、超速保护。当汽轮机转速达到103%额定转速即3090rpm时，OPC电磁阀动作，此时OPC油压立刻降低，主调阀油动机卸荷阀开启，主调阀迅速关闭，主调阀本身的快关时间要求在0.20s以内，而当转速降至额定转速后，OPC电磁阀复位，OPC油压建立，此时则需要主调阀快速开启到关闭前的开度，以防止转速过分降低。

三、调试期间主调阀出现的问题

1、机组并网后，平稳升功率，当功率平台试验进行到75%时，发现4台调阀开度都已达到49%，DEH内流量请求已达到97%，机组无法继续升功率。

2、重新启机，功率升至50%以上时，调阀出现啸叫声，并且阀门剧烈振动，振幅达到180μm，运行约2小时后发现1#调阀阀芯脱落，紧急处理更换防转销后继续运行，1小时后阀芯再次脱落，之后3#调阀阀芯也发生脱落。

四、原因分析

1、无法升功率问题。阀笼是阀门内部的关键部件，是实现流量调节的部件，由两部分组成：底部是调速孔区，共钻有1426个φ6—φ3缩孔，上部为大孔区域，对于常规的汽轮机调阀，大孔区域是参与功率调节的。经分析计算，原西屋设计的调速孔为φ6.35直孔，共1288个，核算通流面积为407.7cm2。现在的设计为1426个φ6→φ3的缩孔，核算通流面积为100.7cm2。厂家在调阀设计过程中，沿用了西屋公司的图纸，但是把调速孔的尺寸做了修改，导致调阀流通面积不足。

原设计认为调速孔只参与转速调节和部分的功率调节，要达到高功率，需要用到调速孔区上方的大孔区，但是在本台机组上，该运行方式该不适用，经多方调研及试验证明：该主调阀开启到大孔区时，每1%开度将带来20MW功率上升，状态极不稳定。针对此原因，阀门调速孔返厂进行了扩孔处理。

2、调阀阀芯脱落问题。阀杆顶部通过螺纹与阀门操纵座连接，并用定位销定位防转，螺纹连接应具备一定的预紧力，阀杆顶部与操纵座顶死，防止阀芯在汽流作用下转动从而损坏定位销，进而导致阀芯脱落，因为定位销比较细，不足以提供阀芯防转的阻力。阀杆中部一直到底部都设有迷宫密封，阻止蒸汽沿阀杆泄漏。阀杆上半部与下半部直径不等，下半部偏大，通过此处的台阶限制阀门的行程为154mm。阀杆与阀芯的连接方式为M110螺纹连接，并装有防转销防转。

分析认为除了主调阀自身原因造成的振动过大导致阀芯旋转之外，还有阀杆与操纵座连接问题以及定位销设计问题。

(1)阀杆与操纵座螺纹连接的预紧力不足，螺纹自身过松。西屋图纸要求，阀杆与操纵座连接，在定位销穿入之前，阀杆顶部应与操纵座底部紧密接触，并加900NM力矩，但机组安装期间并未对该处进行严格控制。

(2)防转销设计尺寸不够，强度不足。西屋设计制造的主调阀该销钉尺寸为φ0.25in×3in，而该机组销钉尺寸为φ5.9×10。

3、 对于调阀的啸叫和振动，分析原因如下：

(1)消音器扩孔后，消音孔不对中，汽流通过时产生涡流所致。

(2)消音器扩孔时孔内壁粗糙度不合格所致。

五、故障处理

主调阀通流能力不足问题，我们会同厂家计算了现有的通流面积，并根据目标功率计算得出了调速孔应具备的尺寸，最终决定将3#机调阀调速孔直径扩为φ6mm的直孔。具体实施办法经讨论决定将扩建机组8台主调阀全部返回制造厂，进行调速孔扩孔工作。由于调速孔部件材质很硬，扩孔速度缓慢，钻头不断损坏，导致扩孔质量不佳，孔壁粗糙度较差，孔的真实直径随着钻头的磨损变小，低于6mm。另一方面，由于处于赶工状态，并且扩孔时调速孔没有从阀盖上拆下，组件在钻床上安装定位精度不够，造成部分孔没有完全对准中心加工，蒸汽进入后，可能会造成涡流，并在阀芯上产生扭力，导致阀芯旋转。就是说，扩孔精度不够造成了后来的阀芯脱落以及振动、噪声。扩孔后的调速孔，其通流面积有了很大的提高，机组成功达到了满功率运行，但是相同功率水平时调阀的开度仍然略大于同型机组。根据理论核算，同型机组通流面积为407.7cm2，而本机组为403cm2。按照机组设计，机组的功率要高于同型机组，冬季最大功率可达到701MW，因此，扩孔后的调阀通流能力仍然不够。机组目前电功率约670MW，根据与厂家讨论协商，决定重新制作8台消音器，调速孔加工为1288个φ6.35的通孔，并严格保正调速孔的中心度及孔壁粗糙度，使任意3组对孔的中心线都交于中心点。

六、结束语

汽轮机高压主调阀与机组安全稳定运行关系密切，而此类关键设备在国产化过程中发现的问题为检修工作积累的宝贵的经验，严格控制关键设备的设计、安装质量，才能保证机组安全运行，创造良好的经济效益。

[1]HN650-6.41型汽轮机主机说明书 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司