探索汽轮机高调门阀杆断裂故障的改造优化

hbzhan内容导读：阀杆在阀门启闭过程中不但是运动件、受力件，而且是密封件。同时，它受到介质的冲击和腐蚀，还与填料产生摩擦。因此在选择阀杆材料时，必须保证它在规定的温度下有足够的强度、良好的冲击韧性、抗擦伤性、耐腐蚀性。阀杆是易损件，在选用时还应注意材料的机械加工性能和热处理性能。

概述

济钢燃气—蒸汽联合循环发电项目中，燃气发电后余热资源回收利用，通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，汽轮机为国产40MW双压单缸凝汽式汽轮机组。系统生产初期汽轮机高调门频繁故障，在原运行条件下，汽轮机仅因高调门故障平均每70个工作日需停机处理一次，与运行要求相差甚远，成为制约正常生产的瓶颈，高调门故障问题急需解决。

高调门故障现象描述

汽轮机高调门结构示意图如图1。

高调门故障现象为在运行过程中出现阀杆接头磨损甚至断裂，连接套及其垫片磨损，防转拨叉断裂脱落甚至特制螺母滑脱。运行中阀杆有转动迹象。

故障原理分析及优化改造方案

故障原理分析

蝶阀处于悬伸的不稳定状态。调门调节过程分析，在高调门初开阶段，预启阀开启后，蝶阀上部压力大于下部压力，压差导致的压力和阀碟重力共同作用，使阀碟紧紧压在阀杆底端座上，阀杆能够顺利、准确的提升阀碟，起到调门的调节功能。随着调门开度增大，阀碟下部压力大于上部压力，在一定负荷时，压力差导致的提升力可以抵消蝶阀自身重力，使阀碟处于基本受力平衡状态。随着调门开度继续增大，下部压力大于上部压力且压力差继续增大，上下压差克服阀碟重力，此时预启阀关闭，阀碟紧靠阀杆上端。但是，在低负荷时，阀碟处于上述的蝶阀基本受力平衡状态，此时预启阀开启，但上端未接触到特制螺母，阀碟处于悬伸状态。

阀碟受力分析：蝶阀上下压差大为p1-p0，其中p1为调门前主蒸汽压力6.77MPa，p0为环境压力，以0.1MPa计。阀碟直径为250mm，预启孔直径为46mm，碟阀重量为70kg。随着阀门开度增大，大提升力F可达：

而重力：G=70kg≈700N

可知，F>>G，上下压差在一定程度时足以提起碟阀。

在系统生产初期，该汽轮机经常在15MW的低负荷状态下工作，实际状况表明在该负荷状态下，碟阀悬伸于阀杆上。如图2高调门流量特性曲线。

在15MW时，阀门升程约为23mm。而在实际运行中，提升阀杆的油动机实际提升量为16~20mm左右，小于阀门升程，该阀设计预启阀行程为10mm，可推断得在这种负荷状态下预启阀半开，阀碟处于悬伸状态，阀碟受汽压压差力与重力基本平衡，阀杆此时无提升作用，导致蝶阀处于不稳定状态。