主调门内漏缺陷原因分析与处理

李云应，陆增圩，梁雄杰，周燕妮

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

1 问题

某电厂发电机组主调门由两大部分组成：操纵座执行机构和阀体部分（图1）。阀体主要由阀芯和阀座组成，操纵座执行机构采用液动执行机构，可以控制阀杆使阀芯上下运动，用对汽轮机进气量进行控制调节，从而达到控制汽机转速功率的目的。主调门操纵座执行机构一侧连杆不动，油动机将另一侧连杆向上提时，克服弹簧力带动阀芯使阀芯向上移动，油动机卸油时，弹簧力使阀芯回座。主调门开度为0 时，阀芯和阀座（类似于截止阀阀芯与阀座）接触，蒸汽无法通过，蒸汽沿着阀芯与阀体之间的间隙，通过压力密封环处、定位钮处、阀芯底部通孔进入，使转子转速上升。由于压力密封环本身有一定泄漏量，因此主调门会有一个正常的漏气量，使转子转速上升至5001000 r/min。从首次核蒸汽冲转以来，机组挂闸后汽机转速迅速上升，在调门未给开度指令情况下转速升至1100 r/min 以上，最高升至1600 r/min，无法满足机组暖机时转速稳定在1100 r/min 的要求，说明主调门漏气量很大，存在严重的内漏问题。

2 原因排查

通过对泄漏路径进行分析，依次对可能的原因进行排查。

图1 主调门结构

（1）检查阀芯阀座密封性。大修及小修期间，对阀芯阀座密封面进行蓝油试验，阀芯阀座密封线连续，表明阀门密封性满足要求。

（3）检查操纵座卡涩情况。确认各销钉连接部位自由度良好，动作顺畅无卡涩。

（4）检查主调门弹簧力。原基础上增加5 t 的力（弹簧长度从610 mm 压缩至450 mm），以观察调门内漏情况是否改善。经验证调门内漏量没有改善，说明弹簧力不是缺陷原因。

3 原因确认

通过排查与讨论分析，确定内漏原因为阀芯回座自定位能力差。阀芯回座自定位能力差导致阀芯阀座配合不到位，最终导致密封不严，产生泄漏。

使阀芯回座自定位能力变差的因素：主调门卸载比过大、阀芯定位钮结构不合理、压力密封环张力偏小、阀杆阀芯间隙偏大、阀座密封面型线不合理。

3.1 主调门卸载比过大

阀门卸载比是阀笼衬套内径与密封线直径比值的平方。卸载比越大，表示蒸汽对阀芯上下两方向的作用面积越接近，蒸汽对阀芯向下的压力也越小。国外同形式项目卸载比为95.58%，某电厂主调门原卸载比为99豫，主调门已经没有太多密封比压，卸载比偏大。

3.2 阀芯定位钮结构不合理

现场检查发现定位钮外表面存在不同程度的磨损现象，磨损使阀芯倾斜量增大，影响阀芯回座能力。根据三角形公式，理论最大倾斜角度=arctan(1.22+磨损量/D）。式中，1.22取的是定位钮外壁与阀体内壁间隙，为11.711.27 mm 的中间值；D 为阀芯总高度，单位mm。

3.3 压力密封环张力偏小

压力密封环结构为圆环，安装在阀体内壁与阀芯之间。阀芯开槽，张力使密封环与阀体内壁接触，起到密封作用。压力密封环张力可以通过开口间隙间接衡量，标准为34.4 mm～46.6 mm。检查发现运行一个周期后压力密封环开口间隙普遍低于标准值，典型数据如18.80 mm、33.58 mm、20.60 mm、27.02 mm。开口间隙偏小，说明张力不足，压力密封环张力不足的可能原因为安装时形变量增大，或者材料本身偏软。

3.4 阀杆阀芯间隙偏大

主调门阀杆与定位环接触为球面配合，阀杆阀芯配合间隙要求0.25 mm～0.30 mm，允许阀芯微调至最佳位置。接触面磨损导致配合间隙变大，阀芯晃度加剧，使漏汽量增大。

3.5 阀座密封面型线不合理

某电厂主调门阀芯为圆弧面，阀座为R124 圆弧面，接触面为整圈密封线。显然，这种结构密封线连续性很难保证整圈完全贴合。

4 处理措施

4.1 减小主调门卸载比

参考AP1000 项目及相关资料，通过减小衬套内径，将阀门卸载比减小至95.56豫。

4.2 阀芯定位钮结构改进

（1）将4 个定位钮改为圆环形定位环。整圈定位没有盲点，保证有良好的同心度。

（2）阀芯定位钮位置上移。

通过这两点改进，减小了阀芯的倾斜度，有效限制阀芯的倾斜，大大提高了阀芯的自定位能力，保证阀芯的稳定性。

4.3 压力密封环张力改进

（1）设计压力密封环拆装工具[1]。常规的安装方式是使用螺丝刀等工具将密封环张口扩大并安装至主调门阀芯筒体槽内，容易出现压力密封环变形量过大问题。设计新密封环拆装工具，可以使密封环在最小弹性形变状态下完成安装，同时降低操作难度，缩短安装时间。

图2 改进后冲转转速

（2）改进压力密封环材料。该机组主调门压力密封环材料为GH2136。通过调研，将压力密封环材料从原来的GH2136 替代为R-26，保证压力密封环保持足够的张力。GH2136 属于铁基高温合金，为单一的奥氏体基体组织，R-26 高温合金是一种兼有热稳定性和热强性的合金。

4.4 阀杆阀芯间隙调整

通过设计阀杆、阀芯轴向间隙测量专用工具[2]，确认间隙是否超出标准，对于超出标准的，将定位环车削加工，消除超标量，之后进行弧面研磨适配，最终将间隙调至合格范围。

4.5 阀座密封面型线改进

5 改进效果

根据现场实施难度，改进措施从易到难分两个阶段实施，第一阶段：实施阀芯定位钮结构改进、压力密封环张力改进、阀杆阀芯间隙调整；第二阶段：实施减小主调门卸载比；阀座密封面型线改进。

第一阶段改进实施后，多次起机冲转验证，主调门开度为0时，漏气量很小，转速能稳定在5001000 r/min，且汽轮机组可以稳定在1100 r/min 暖机。

第二阶段的改进措施在某新机组上已经应用，汽轮机组同样可以稳定在1100 r/min 暖机，说明主调门内漏缺陷得到消除。改进后冲转转速见图2。

5 结束语

针对主调门内漏问题，通过排查，确认阀芯回座自定位能力差为内漏原因，使阀芯回座自定位能力变差的因素有很多，如主调门卸载比太大、阀芯定位钮结构不合理、压力密封环张力偏小、阀杆阀芯间隙偏大、阀座密封面型线不合理等。改进其中的一项或者几项，能不同程度地改善主调门内漏现象。