330 MW汽轮机主汽调节阀部件优化改造

洪加存，庞华豪

（湛江电力有限公司，广东湛江 524099）

330 MW汽轮机主汽调节阀部件优化改造

洪加存，庞华豪

（湛江电力有限公司，广东湛江 524099）

分析330 MW汽轮机主汽调节阀存在的振动及偏转问题，提出改进方案，改造优化后，提高了机组的安全性和经济性。每台机组改造后大约可以减少经济损失22.4万元。

主汽调节阀；振动；偏转；优化；改造

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.74

0 前言

某电厂1～4#汽轮机组为一次中间再热两缸两排汽凝汽式汽轮机，为东方汽轮机厂生产的N300-16.7-537/537-3型（合缸）。2010-2013年，1#～4#机组相继进行增容改造，改造为N330-16.7/537/537型汽轮发电机组。除了对汽轮机本体进行改造外，亦对相应高压主汽阀组亦进行更换。

改造后，1#～4#机组的经济性和出力均得到明显提高，有效降低机组热耗。但由于主汽调节阀在结构设计上仍存在不完善之处，不利于机组安全运行。

1 存在问题

机组增容改造后，主汽调节阀在运行中出现振动较大现象，特别是1#，2#主汽调节阀，多次出现因防转销断落引起门杆转动、门杆螺纹磨损严重、调门操纵座连接轴发生松脱甚至断裂等现象。在运行中发生因连接套脱落造成调门关闭引起机组甩负荷甚至导致机组跳机事故，严重影响机组安全运行。虽然阀组生产厂家对系列调门进行防转动改进，采取了一些措施，但主汽调节阀在低负荷段及负荷波动时仍受汽流激振影响，调门门杆振动仍较大，未消除阀门隐患。

2 原因分析

综合分析认为，1#～4#主汽调节阀在防偏转、防松动方面设计时考虑欠缺，原设计阀体内部无阀杆防转动结构，阀杆的防转仅通过阀杆与操纵座连接轴之间一根Φ12 mm的销子进行固定，而阀体内部的预启阀、主汽调节阀阀碟和汽封套筒部件均无防转设计。当机组低负荷运行时，调门开度较小，因流道截面不均，容积的突变及气流方向改变等，使汽室内的汽流产生湍流，或因机组调峰负荷不稳汽流压力波动产生汽流激振，使调门阀杆、阀芯等部件在上下方向产生高频振动，在水平方向对调门阀杆、阀芯等部件产生偏转作用力。受汽流激振扰动影响，主汽调节阀阀杆、阀芯等部件产生振动及偏转作用力逐步叠加放大，并逐级传递，最后沿阀杆传递至连接轴。因刚度不够，偏转作用对阀体内部各部件产生的剪切应力集中在门杆与连接套的连接固定销子及锁紧螺母处，在长期的周期性剪切应力作用下销子达到疲劳极限而被切断；而长期的高频振动使阀杆与连接套的锁紧螺母松动，不断摩擦振动，造成阀杆螺纹损坏或连接轴疲劳断裂。

3 优化改造思路、方案和效果

3.1 改造思路

从上述分析可以看出，运行过程中机组汽流激振对主汽调节阀阀体内部产生的剪切应力传递集中在连接套固定销子与紧固螺母处，高频的连续作用使连接套处销子产生金属疲劳最终被切断，使螺母松动导致连接套脱落。因此，阀体内部的防转设计，一方面应加大容易被剪切部位的刚度，措施为主汽调节阀阀杆与连接套连接的部位改进，阀杆头部螺纹伸出连接套顶端，取消防转销，改用双螺母紧固，防止螺母松动和磨损；另一方面应考虑减弱汽流激振的产生并分散、减弱偏转等对螺杆的剪切作用，具体是对门杆、预启阀、高调阀阀碟和套筒等进行防转设计，阀杆及阀碟采用方形及棘轮状设计，汽封套与大阀碟采用槽道卡位设计，防止阀杆与阀碟转动，汽封套增设平衡孔，减少汽流脉动冲击下产生轴向和径向振动。

3.2 改造方案

（1）阀杆增加防转结构，原圆型的中下部设计为棘轮状，对应阀芯内部亦设计为棘轮状,阀杆穿过阀碟处加工成方头，阀碟对应处加工成方孔，四角预留预启阀漏汽面积，间隙0.5～0.6 mm（图1），此间隙大于阀碟与密封套筒的间隙，以平衡汽压减少阀碟、阀杆振动的产生。

图1 阀杆防转结构示意

（2）在高调阀原汽封套筒上加工2个75 mm×52 mm的导向槽与调门阀芯伸出2个防松凸耳配合。

（3）门杆和连接轴合并，设计为加长门杆，门杆与连接套连接螺纹增加至180 mm以上，使连接刚度比原来连接结构增强。阀杆头部螺纹伸出联接套顶端用双螺母紧固（图2）。

图2 阀杆与连接套连接

（4）高调阀原阀套上的2×Φ25 mm固定销子取出，并在两孔基础上加扩孔安装Φ30 mm的螺纹销（回装时装上并冲牢）。

（5）在高调阀原阀套同一圆周面加开4个4×Φ5 mm的平衡孔，减少调门气流扰动。

3.3 改造效果

调节阀阀体内部防转动结构改进后，汽流激振对门杆的作用力减弱，调节汽阀内部件在气流扰动时不再转动。改造后运行至今未出现调门与连接套连接松动磨损现象，也未发生门杆磨损和连接套断裂等事故。机组A修主汽调节阀解体检查发现防转动结构没有磨损现象，牢固可靠，改造后运行良好。

主汽调节阀防转改造彻底解决了因振动、偏转作用造成调门阀芯转动、调门门杆与连接套脱落等引起机组甩负荷甚至跳机等不安全隐患，提高了机组的运行安全性。提高机组一次调频能力，增加电网安全性。

4 经济效益分析

改造前为了减少调门振动和偏转隐患对机组的安全影响，提高机组的安全性能，每台机组1#，2#主汽调节阀每年须解体检修一次 ，一个调门检修费用约8万（表1）。

表1 主汽调节阀检修费用表

运行中出现主汽调节阀阀杆、阀芯转动或连接套与阀杆的紧固螺母脱落等事件时，为了机组安全运行须限制负荷在220 MW以下并强制关闭该调门。每次检修处理时间约8 h，按每台机组每年平均出现2次调门该情形事件，每次负荷降幅按平均8万kW计算，每年每台损失电量为128万kW·h，利润按0.05元（/kW·h）计算，每台机组约损失利润6.4万元。如机组出现连接套及阀杆断裂事故，造成跳机或需要停机处理，则损失更大。

不考虑跳机或停机处理造成的经济损失，每台机组改造后大约可以减少经济损失22.4万元，每台机主汽调节阀改造费用约30万元，一年半减少的经济损失就超过了投资总额，经济效益明显。

5 结束语

2015年10月1#～4#机组主汽调节阀全部改造完毕，所有主汽调节阀已经历一年以上实践检验，调门运行稳定，未出现转动和门杆与连接套磨损脱落等事件，说明优化改造方案合理，改造效果显著，可为类似主汽调节阀的防振动防偏转提供借鉴。

［1］李登峰.汽轮机高调门阀杆断裂故障的改造优化探索［J］.冶金动力，2010（1）：46-47.

TM311

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〔编辑 吴建卿〕