#1机#3高压加热器进水门缺陷分析处理

安徽淮南平圩发电有限责任公司 承 龙 夏 磊

1 事件描述

2月29日，#1机#3高压加热器经过试漏，确认#3高压加热器泄漏。运行执行#3高加解列操作，在关闭#3加事故疏水前隔离阀后，发现#3加汽侧及#3抽汽电动阀后管道压力由0.4MPa 升至2.5MPa，且#2高加正常疏水调节阀后隔离阀法兰附近大量漏水，经检查确认漏水为#3高加汽侧安全阀起跳泄压所致。开启#3加事故疏水前隔离阀，#3加事故疏水调节阀开启进行疏放水，#3加汽侧压力恢复至0.5MPa 以下。#1机#3高加进水电动门关闭后，就地发生阀门及管道振动并听到明显异常声音，判断#3高加进水阀密封不严密，将#3高加进水阀开启至5%位置，异常振动和声音消失。

4月21日，#3高加进水阀解体后，发现下轴承座圈碎裂、铜套磨损严重、轴承室磨损严重、阀芯与阀座密封面发现压痕等重大缺陷，具体缺陷如下：阀门操作机构内阀门丝母磨损严重。从图1可看出，阀门丝母从下至上约300mm 长度均出现较严重磨损，特别是与下轴承座圈配合位置磨损最为严重；阀门轴承座圈粉碎。进水阀使用推力球轴承，轴承型号为NSK51334，轴承由一列带保持架的钢球、一个轴圈和一个座圈组成，在轴承室上方与下方各布置一个。进水阀解体后，上轴承基本完好、下轴承轴承座圈碎裂成多块（图2）；阀门轴承室磨损严重。轴承室安装轴承的位置磨损较大，部分区域凹坑较深；阀门阀芯与阀座上发现一道贯穿密封面的压痕。阀芯与阀座密封面上压痕长度约15mm，深度最深处约2mm。

图1 阀门丝母磨损严重

图2 阀门轴承座圈粉碎

2 原因分析

2.1 轴承受力分析

从现场进出水阀布置来看，#3高加进水阀阀芯与进水阀阀前进水管段成一斜角，角度约为135°。阀门动作时，电机通过齿轮带动螺纹套筒旋转，再将力传递给阀杆。阀门全开时，进水阀的受力点在上轴承的座圈上。上轴承先受到螺纹套筒传递过来的压应力，再经过板弹簧传递至下轴承，因此阀门开启时，下轴承受力较小。

阀门关闭后，阀后介质压力很小，但阀前介质压力为给水压力。按照阀门与进水管的角度，以及介质低进高出的流向特性，阀芯会受到一个沿着阀杆方向朝上的力，其压力为进口段压力。根据力与压强计算公式F=PS 计算出作用在阀杆上的力约为4.0×106N，相当于40Wkg 物体的静压力。这就是说阀杆作用在阀芯上的力一定要超过F 才能实现密封。而阀杆的力是以齿轮箱的转矩作为原动力，通过铜套转到施加在阀杆上的力。根据力的相互作用原理，阀门关闭时铜套受到沿阀杆向上的力。这时候下轴承会直接受力，然后通过板弹簧的缓冲传递到压盖上，上轴承基本不受力。

2.2 分析轴承损坏的原因

因为阀门关闭时上压板与压盖贴紧，所以阀门开启的过程中螺纹套筒先是向下移动，此时上轴承最先受力，此时轴承受力较小。螺纹套筒继续向下移动、板弹簧受力，接着下轴承座圈脱离螺纹套筒与支架端面接触，此时阀杆开始向上移动、直至阀门完全开启。整个过程中阀门轴承受力均较小，造成轴承损坏的可能较小。

阀门关闭时，因阀门密封面上出现一道压痕，阀门密封不严，高压介质从阀前漏至阀后，因为阀门前后压差很大，介质通过阀门的阀芯后，压力突降形成喷嘴效应，介质流速增加，同时会产生汽化现象，会对阀门造成冲击，阀门受迫振动。因为介质的汽化不是稳定的，所以振动也是一种不规律的振动，导致阀门下轴承的受力也处于一个不断变化的状态中，加速轴承的疲劳损伤。上轴承因为板弹簧的逐级缓冲受力影响较小。这是引起轴承损坏的最主要原因。此外以下几点也会加剧轴承的损坏。

动静部件同心度偏差的影响。如果阀门的动静部件同心度偏差较大，会造成轴承与支架轴承室径向间隙减小甚至消失，其方向与同心度偏差方向一致。运行过程中，阀门开启与关闭时，螺纹套筒在轴向是会产生一定的位移，若轴承间隙消失，就会造成轴承损伤；润滑的影响。高加进水阀支架安装后，若螺纹套筒与阀门支架配合处间隙不均匀或间隙过大，会造成润滑脂漏出流失，使得轴承润滑受到影响，加速轴承的磨损。

轴承本身的问题。5系列推力球轴承的轴圈与座圈尺寸不同，内径小的为轴圈，内径大的为座圈。高加进水门使用的是NSK51334推力球轴承，其轴圈尺寸应为Ф275×170，座圈为Ф280×174，现场实测下轴承轴圈为Ф280×170，与标准尺寸不符。座圈已损坏无法验证，但尺寸误差可能会使轴承在运行中产生一定的影响；板弹簧装错或失效。板弹簧表面不是一个平面，如果板弹簧同向安装其效果将会降低一半甚至更多，如果板弹簧本身已失效，也是无法起到弹簧的作用。这种情况下，阀门关闭后任何的冲击都将作用在轴承上，加速轴承的损伤；螺纹套筒位置的影响。若螺纹套筒在安装时，相对于阀杆的位置过高，则会造成在紧压盖时将板弹簧压平，也会使板弹簧失效。

3 处理措施与建议

对高加进水阀的设备缺陷处理方面，更换新轴承与螺纹套筒，复核螺纹套筒尺寸与图纸基本一致；对进水管内异物与阀座密封面缺陷外委进行修复；对阀门支架，根据配合面要求堆焊后车削。具体处理措施如下：

阀门操作机构内阀门丝母磨损严重。处理方案：发QDR 更换新丝母，核对新旧丝母尺寸，4月21日下午新丝母已领出。当前核实尺寸，发现其中一处键槽长度偏小1mm，可用内圆磨拓宽键槽后手工打磨光滑。另外丝母梯形螺纹总长度较图纸小21mm，但影响不大，已汇报生技部。丝母运至现场后，应对梯形螺纹与螺杆再进行实配，确认螺纹可用。同时可再补充一个新丝母做备件；阀门轴承座圈粉碎。处理方案：发QDR 更换新轴承，轴承型号NSK51334，4月20日已申请采购。轴承上下各1组，安装时注意轴承方向。

轴承室磨损严重。处理方案：发QDR，对磨损位置检查材质后用同类材质补焊。阀门支架为铸造材料，需进一步确认材料的可焊性，需细化焊接工艺及热处理方案，因支架与操作机构一体，需考虑对操作机构的连接部件进一步解体拆解，以方便加工。焊后送机修，生技部确定基准对补焊处车削。现场初步确定汽机部牵头，将阀门支架吊至平台，配合确认材质、清理打磨后，由生产服务部负责热处理、焊接、保温、二次加工，各基准面图纸及尺寸确认由生技部提供技术支持。

阀门阀芯与阀座上发现一道贯穿密封面的压痕。处理方案：阀门内阀座有异物压痕，长度约15mm、深度约2mm 左右，因阀门内径小、深度深，需外委检修，但修复难度较大，需加工热处理，维修最大难度是阀座深度，检修焊接人员一般无法正常操作，焊接时又担心易产生裂纹使缺陷扩大，加热后人又无法操作；公司内部可能无法进行修复，生技部正在寻找具备条件的公司进行修复；阀头在与阀座对应位置有压痕，需拆卸阀头，进行加工堆焊硬质合金、热处理后修复，拟与阀阀同步进行修复。

建议：定期添加润滑脂；轴承安装前复核尺寸，避免再次出现类似情况；支架、螺纹套筒安装后，用塞尺检查支架与螺纹套筒的周边间隙；执行文件中增加板弹簧弧度检查工序；螺纹套筒安装完成后检查与轴承及支架的相对位置；对高加进、出水阀及同类高参数阀门制定定期全面解体检查、轴承检查计划，特别是#3高加参数较高，泄漏次数较多，可制定滚动计划，重点检查。