600MW汽轮机主机汽门门杆断裂原因分析

600MW汽轮机主机汽门门杆断裂原因分析

娄云翾

河北大唐国际丰润热电有限责任公司，河北省 唐山市063000

摘要：汽轮机门杆是汽轮机主、调汽门的重要组成部分，在工作过程中，主要是通过执行机构带动门杆调整门芯的位置，从而改变汽缸的进汽量。汽轮机门杆在机组运行过程中，常会有断裂情况发生。从门杆断裂情况来看，断裂一般情况下发生在排汽孔或者变截面等应力集中较大的区域，但是断裂的原因有所不同，有的断裂是单纯由交变应力引起的疲劳断裂，有的断裂是由装配不合格造成局部应力超过材料抗拉强度而产生的，有的断裂是由于渗氮工艺控制不当所导致的。

关键词：600MW；汽轮机；主机；气门门杆；断裂；分析

1导言

汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械。来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。机组启动过程中发生主汽门门杆断裂，带不上负荷的情况，对哈汽600MW超临界汽轮机主机汽门门杆断裂的原因进行分析，并为在机组启动过程中如何去发现类似问题提供借鉴，同时对同类型机组主汽门检修试验提出了几点要求。

2汽轮机发展历史

公元1世纪，亚历山大的希罗记述的利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，是最早的反动式汽轮机的雏形。1629年，意大利的Gde布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。1882年，瑞典的C.G.Pde拉瓦尔制成第一台5马力（3.67千瓦）的单级冲动式汽轮机。1884年，英国的C.A.帕森斯制成第一台10马力（7.35千瓦）的单级反动式汽轮机。1910年，瑞典的B.&F.容克斯川兄弟制成辐流的反动式汽轮机。19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1882年制成了第一台5马力（3.67千瓦）的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。单级冲动式汽轮机功率很小，已很少采用。20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。

3事件经过

某电厂机组汽机主汽参数3.99Mpa，426℃；再热蒸汽参数0.28Mpa，423℃，开始并网运行。机组负荷带到231.21MW，主汽参数16.81Mpa，494.06℃；再热蒸汽1.59Mpa，500.08℃。汽机单阀运行，调节级压力6.83Mpa，综合阀位最高到92%，单阀运行方式下，阀门开度反馈在28%左右。同比以往来机组并网带负荷曲线已出现明显偏差。从综合阀位数值和单个阀门开度显示来看，汽轮机调门接近最大流量拐点，蒸汽流量应较大，但锅炉侧憋压现象明显，机组负荷爬升困难，初步怀疑汽轮机进汽出现问题。

3.1现场检查

专业人员到现场检查未发现明显异音，现场检查机组主汽门门杆开度指示全开，CRT同样显示全开。同时就地检查2号机组高调门门杆开度一致，实地测量约为15mm，CRT显示开度反馈为28%，门杆全行程应为54±1.5mm，计算下来两者相符。

3.2试验测试

机组单阀运行，专业人员将GV2打至手动位，从当前位置（28%），按每次3%变幅关闭调门，就地检查阀门门杆能动作，直至关闭调门到0%，机组各项参数均未发生变化，恢复GV2到正常开度。考虑到GV3与GV2为同侧调门（均为TV2所带），对GV3重复上述步骤，机组各项参数也均为发生变化。至此，基本判断为TV2实际未开。为验证，分别对GV1和GV4进行了手动操作，阀门开度稍关2%，机组各项参数变化明显，特别是负荷变化明显，说明TV1一侧机组进汽正常。接着手动关闭TV2阀门，机组各参数均未发生明显变化。根据现场检查情况以及试验情况，基本已可推定机组右侧主汽门（TV2）阀杆内部存在断裂或脱落，导致汽门阀碟实际没有开启。立即向调度申请停机处理，解体2号机组右侧主汽门阀芯后，发现右侧高压主汽门TV2阀杆预启阀弹簧腔室断裂，断口在预启阀行程突台处。

4原因分析

该机组使用的高压主汽门为双阀碟结构，主汽阀是简单布置的通常被称为“双重阀碟”的结构。它由两个单座的不平衡阀组成，一个阀安装在另一个内部。阀处于关闭位置时，蒸汽进汽压力与压缩弹簧的作用力一起通过阀杆把每一个阀门紧紧地关闭在它的阀座上。从阀杆端口段面的情况看，属于金属疲劳应力导致，阀杆材质10705BU，在断口处发现裂纹起始位置无相应的倒角，致使应力相对集中，现场实测断口情况如下：阀杆直径为：37.6mm；预启阀弹簧腔室内径为：28.4mm；断面高度12.5mm。根据相关资料，制造厂家在汽机阀杆表面热处理时，为提高阀杆的耐磨性能和整体抗疲劳性能，一般进行了表层渗氮处理。由此次阀杆端部微观形貌来看，微裂纹萌生部位基本位于表层渗氮区域，为疲劳源区。从阀杆结构来看，断裂部位位于突台变截面位置，该处应力集中相对较大。另外从机组运行情况来看，在汽门打闸关闭过程中，操纵座弹簧力促使阀门快速关闭，预启阀阀碟先同主阀蹀接触，主阀蹀再同阀座接触，在此过程中阀杆先后受两次关闭阻力，阀杆承受较大冲击力，会造成阀杆的蹿动或偏斜，在突台变界面应力集中部位疲劳裂纹不断扩展，从而发生阀杆断裂。

5预防措施

一是每次机组停机，专业要做好各汽门行程的检查核对工作，并做好相应的记录。二是对于运行满三年以上的机组，要结合机组大小修，对高压主汽阀阀芯进行解体检查，通过着色或磁粉探伤。三是在机组非运行状态下，尽量减少机组的打闸试验，个别试验要集中进行。四是在机组运行过程中，做好定期汽门活动试验，运行人员和点检人员要跟踪就地实际行程。五是在机组冲车过程中，应重视主汽门开度指示数值变化。六是油动机外委修理时，需要做好监督检查工作，预留好油动机缓冲区。七是阀门执行机构要做好检查工作，安装是否水平、到位，弹簧顶丝是否取出等。八是阀芯组装的弹簧连接套销子一定要安装紧固，避免出现的销钉折断、螺纹掳扣导致汽门无法关闭的情况。

6结论

总之门杆断裂均集中于应力集中较大区域，一旦渗氮工艺控制不当，就会造成渗氮层脆性增加，韧性较低，在较大应力作用下发生脆性断裂。对于汽轮机门杆来说，不应该对排汽孔壁、平衡孔壁进行渗氮处理，渗氮前应对其保护。在应该进行渗氮处理的门杆外表面，同样在其变截面处发现有微裂纹。因此，在渗氮工艺不好控制的情况下，门杆外表面变截面处也应有保护措施。

参考文献：

[1]刘新国,李大超,徐世明.350MW汽轮机组主机推力瓦块磨损原因分析及处理[J].东北电力技术,2016,37(06):45-46+52.

[2]苏珅,张学源.汽轮机主机轴承振动与润滑油、轴封进汽温度的关系[J].山东工业技术,2015(24):47.D

[3]李奕.大型煤基烯烃合成气压缩机组主机以及驱动汽轮机的选型[J].通用机械,2014(05):22-24.

[4]李云杰.火力发电厂600MW汽轮机主机检修前准备[J].科技风,2013(08):44.

[5]罗方,余宏才,樊小平,陈煜华.100MW可调整双轴空冷汽轮机主机设计[J].东方汽轮机,2010(04):40-43+49.

[6]王永刚.国产引进型300MW汽轮机主机油系统问题浅析[J].黑龙江科技信息,2007(15):77.