某国产亚临界660MW 机组高调阀阀杆松脱的分析与改进

陆冬磊

（浙江浙能嘉华发电有限公司，浙江 平湖 314200）

1 设备简介

某机组汽轮机是由上海汽轮机厂生产的N600-16.7/538/538 型，亚临界、单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机。该机组配有4 个高压调节阀，用于控制高压缸内相对应的喷嘴组进汽管，高调阀由独立的油动机操控，以实现机组的蒸汽分配要求。调阀开度由相应的油动机控制，油动机活塞上移可打开高压调节阀，弹簧下移关闭。阀位信号安装有LVDT位移传感器，传动杆支架固定在弹簧座上，反馈装置则连接在阀杆与油动机杆的连接杆上。该机组汽轮机完成660MW 通流改造后，在顺序阀控制方式下因汽流激振的影响，1#、2#轴承的轴振值偏大，故一直采用单阀控制方式，对机组的经济性非常不利。经过多次对配汽方式进行阀序摸底试验，切至2#/3+1 控制方式运行，4#高调阀DEH 侧从顺序阀模块处强制关闭，切换至单阀运行方式时仍可正常打开。

2 存在故障

（1）该机组3#高调阀于日常点检过程中发现阀杆晃动较大，其中连接杆与阀杆连接处防转销已断裂，阀杆螺纹退牙下滑约11mm（总行程为76mm）。维护人员在阀杆与连接杆连接处加三角垫块并焊接固定，确保阀杆不再继续脱出。将该机组低负荷状态下切单阀，同时对3#高调阀流量特性曲线进行修改，修改后实现3#高调阀实际阀位开度基本与2#高调阀一致，偏差上调值为11mm。

（2）该机组采用顺序阀运行过程中，2#、3#高调阀开度100%，1#高调阀开度36%，4#高调阀关闭，机组出力600MW，主蒸汽参数16.54MPa/537℃。该机组负荷骤降至543MW，主汽压突升至17.9MPa，运行紧急撤出AGC，手动停F 制粉系统，压力回落至正常值。就地检查主机各调阀阀限指示正常，现场检查发现该机组1#高调阀连接杆与阀杆连接处螺纹磨损，螺纹露出，阀杆与连接杆脱出。维护人员暂时对阀杆与连接杆角焊缝电焊方式固定，并更改机组顺序阀控制方式，由2#/3、1#、4#改至2#/3、4#、1#，在顺序阀模式下强制关闭1#高调阀，单阀模式下1#高调阀能正常开启。

3 分析与处理

3.1 解体情况

利用机组调停机会，对该机组各高调阀进行解体大修，其中1#、3#高调阀连接杆与阀杆咬死，破坏连接杆后取出阀杆。检查阀杆，发现阀杆顶部螺纹段均有不同程度的磨损，测量1#高调阀阀杆头部螺纹段大径为54mm（原尺寸为M56×2mm 细牙螺纹连接）。阀杆销子孔扩大至13.5mm大于销子直径，见图1。

图1 阀杆螺纹磨损、坏牙

3.2 原因分析

针对上海汽轮机厂生产的A157 型机组高调节阀阀杆与连接杆连接螺纹多次脱出、防转销断裂的情况，查看厂家设计图纸及工艺说明，结合现场故障具体分析主要原因有以下2 点。

（1）调节阀设计方面。主汽阀阀座与高调阀阀座均直接安装在蒸汽室结构中，在调阀调节过程中，高调阀阀碟在高压、高温主蒸汽的作用下，蒸汽对阀内组件产生旋转扭矩，该高调节阀阀头为球形设计，扭矩作用下引起阀杆转动的趋势，相应的作用在防转销上产生剪切应力。同时，由于机组现场油动机、高调阀支座的剧烈振动，加剧了防转销的剪切力作用，使其产生应力疲劳而引起断裂。其中，该机组高调阀阀杆与连接杆连接螺纹为M56×2mm 细牙连接，螺纹较薄，较粗牙螺纹，细牙螺纹的耐磨性较差，容易磨损，在受力比较大尤其是拉力作用时，细牙螺纹易发生螺纹磨损，其使用可靠性不高。而一旦防转销断裂，在主蒸汽作用下，阀杆受转动力，加剧了细牙螺纹磨损，造成高调阀阀杆松动乃至掉落。

（2）检修工艺方面。在高调阀检修工作中的主要问题体现在阀杆与连接杆处安装工艺不到位。按照厂家图纸要求，阀杆装配时，需着色检查确认阀杆头端面与连接杆底孔接触面积不小于80%，确认端面贴实后，方可钻铰孔、配装12×120mm 规格的防转销并冲铆，其中阀杆与连接杆之间的紧固力矩为904N·M。在调阀检修工作中，对于质量把关不严，导致检修单位忽视了阀杆与连接杆的接触面着色检查工作，阀杆与连接杆间调整垫片未添加，阀杆头未顶实，存在活动间隙。同时，在安装防转销过程中，为了方便安装，又把阀杆上的防转销孔扩大，导致防转销与阀杆未紧密配合。根据图纸上要求，阀杆、连接杆以及防转销的材质均为C422（2Cr12NiMo1W1V）。在以往检修中亦存在偷工减料的情况，用普通45 号钢销替代，其强度不足以满足高调阀的运行要求，易发生损伤断裂。这2 方面的因素，导致高调阀在频繁的调节过程中因振动，防转销断裂，螺纹与连接杆产生相对位移导致磨损。

4 处理与改进

检修人员在调停期间更换连接杆，但是在机组、阀座剧烈的振动情况下，阀杆螺纹连接段磨损、阀杆脱出的风险依旧不可控。针对原有连接方式存在诸多不合理之处，于机组停机检修期间，在制造厂的积极配合下，对高调阀进行全面的改型处理。

具体如图2 所示，原有的连接杆连接形式升级改造为法兰连接，其中上法兰与活塞杆紧密连接，并安装止转片，用内六角螺钉锁紧点焊。阀杆头部圆柱端安装在一卡扣内，在侧面使用M12×40mm 的紧定螺钉固定，通过卡扣与下法兰之间的限位凸台紧密配合。在安装过程中加强工艺要求，上、下法兰四颗连接螺栓按照要求的力矩拧紧，在阀杆和活塞杆之间安装一可调厚度的垫片确保贴实无间隙（用红丹粉着色检查），垫片安装在阀杆头部端面，并采用M10×25mm 的内六角螺钉固定。其中，法兰材质为21CrMoNiV4-7，紧定螺钉、法兰螺栓材质为2Cr12MoV，对所有部件材质进行光谱仪检查，确认无误。

在高调阀调节过程中，油动机活塞杆拉起法兰和螺栓带动阀杆以打开，弹簧下移压实垫块、卡扣以关闭高调阀。新的法兰式连接方式使得调节可靠性更高，亦便于检修拆装。针对现场机组整体振动较大的问题，通过对阀内件、阀盖的更换，对阀杆进行加粗设计，采用整体阀杆结构，即将原来的阀碟、阀套、阀杆等部件优化整合为一个部件。增大阀盖的厚度尺寸、重量，进一步提高整体稳定性，从而降低机组振动造成的影响。

图2 两种连接方式对比

5 结语

汽轮机高调阀是汽轮机调速的重要设备，调节进汽量，改变汽轮机组功率，必须确保其调节工作的稳定性、可靠性。高调阀阀杆脱落会对机组的安全运行带来极大的危害，而此类故障在同类型机组上多有发生，通过对调阀阀杆与油动机连接形式的改型从而加强连接部位的承载能力，并重新设计了调阀内部组件，进一步降低阀座区域的整体振动，从而解决高调阀振动及阀杆脱落的问题。