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200MW汽轮机高压调速汽门门杆脱落分析及问题处理

发表时间：2020/1/15 来源：《电力设备》2019年第19期作者：张云杰田世慧李兴军

[导读] 摘要：本文对某火力发电厂200MW机组高压调速汽门门杆脱落问题进行分析、研究，制定处理方案，实施改造工作。

        （国电电力大同第二发电厂山西大同 037043）
        摘要：本文对某火力发电厂200MW机组高压调速汽门门杆脱落问题进行分析、研究，制定处理方案，实施改造工作。
        关键词：汽轮机；高压高速汽门；门杆；连接装置；锁紧螺帽
        一概述
        某火力发电厂装有六台200MW汽轮机，生产厂家为东方汽轮机厂，型号为N200-130-535/535超高压中间再热三缸三排冷凝式汽轮机，汽轮机高压缸进汽室为四组，高压速汽门与之对应为四个，高压速汽门分为两组，分别布置在汽轮机高压缸两侧。
        二存在的问题
        在机组长期运行过程中，经常会出现汽轮机高压调速汽门门杆与其操纵座连接失效，也就是连接锁母及门杆的丝扣损伤，此缺陷多次发生，其后果非常严重，主要表现在以下几个方面：
        1 调速汽门门杆与其操纵座连接失效，造成汽轮机调速系统灵敏度下降，机组负荷控制困难。
        2 调速汽门门杆与其操纵座连接失效，造成汽轮机调速汽门突关，机组负荷会发生突降。
        3 机组负荷突降，由此会诱发机组轴系振动超值。
        4 汽轮机调速汽门突关，汽轮机高压缸进汽不平衡，会引起机组轴系振动超值。
        5 如果此现象在多个高压调速汽门上同时发生，会引起锅炉汽包水平大幅波动，也会因机组负荷降幅增大，严重时会导致机组解列，被迫停运。
        6 调速汽门关闭，影响机组的发电量。
        7 处理汽门门杆与其操纵座连接失效缺陷的处理非常困难：
        （1）处理汽门门杆与其操纵座连接失效缺陷，必须采取降负荷处理方式。
        （2）为了确保调速汽门及其预启阀的严密性，机组负荷一般会降至额定功率的50%，由此会带来锅炉燃烧不稳，机组控制困难。
        （3）汽轮机高压调速汽门与操纵座间温度非常高，并且地方狭窄，修复调速汽门门杆与其操纵座连接失效缺陷非常困难，稍有不慎，还会发生人身灼烫伤事件。
        （4）机组降负荷一般会选择在夜间，大大增加了员工的工作强度。
        通过上述危害分析，汽轮机高压调速汽门门杆脱落问题，也就是汽门门杆与其操纵座连接失效问题，是必须及早解决的问题。
        三高压调速汽门门杆与其操纵座连接失效原因分析
        高压调速汽门门杆与其操纵座的连接为螺栓连接方式（图一），为防止连接螺栓松动，东方汽轮机厂采用了 “开口销”防松装置的螺栓连接方式，因螺母与螺母调整垫片间留有0.04-0.06mm的间隙（图一中的d值），螺母孔与开口销间存有间隙，因此连接螺母就有了小范围转动的可能。

        图一：调速汽门门杆与其操纵座连接示意图
        汽轮机调速汽门在机组负荷变化或机组启停过程中，调速汽门都会参与并进行上下运行，尤其是汽轮机进行压力不稳定，调速汽门的运行频率会更高，在调速搅局门上下运动过程中，调速汽门门杆和其操纵座活塞连接螺母的受力就会经常发生变化，连接螺母与门杆之间就会发生相对运动，外界情况变化越大，调速汽门门杆移动越频繁，连接螺母与门杆之间的相对运动也会加剧，再加上连接螺母工作温度非常高，以上因素长期存在，加速了连接螺栓的失效，螺栓失效严重时，就会出现螺纹“脱扣”，调速汽门门杆与其操纵座连接失效，最终导致门杆下落，调速汽门突关。
        四改进方案
        根据高压调速汽门门杆与其操纵座连接螺栓失效原因的分析，本次解决的主要问题是防止螺母与门杆之间发生相对运动，重点是改进螺纹连接的防松装置。
        1 常用螺纹连接防松装置的种类：
        （1）锁紧螺帽。
        （2）弹簧垫圈。
        （3）开口销。
        （4）串联钢丝。
        （5）止退垫圈。
        （6）圆螺母止退垫圈。
        2 分析上述螺纹连接防松装置的适用性。
        （1）原来采取的螺纹连接防松装置就为开口销式，暂不考虑。
        （2）因调速汽门门杆和螺母为单一螺栓连接，串联钢丝螺纹连接防松装置不适用。
        （3）因调速汽门门杆上的螺母与其整垫片要保留间隙，故止退垫圈、圆螺母止退垫圈防松装置不适用。
        （4）锁紧螺帽，也称并紧螺帽，其在此处的适用性比较好。
        3 选择锁紧螺帽式螺纹连接防松装置的论述：
        锁紧螺帽防松原理：使用两个螺纹相同螺母，方法是先将一个螺母旋转到预定位置，在将另一个螺母旋转与其接触，第一个螺母用搬手固定，再用另一个搬手旋转第二个螺母，将其拧紧，通过螺母内螺纹与门杆外螺纹间的紧力作用，确保门杆与螺母之间不发生相对运动。
        保证调速汽门门杆上的螺母与其整垫片之间留有0.04-0.06mm间隙的重要性：如果其间隙过大，会导致机组调速系统的迟缓率增加。如果间隙为负值，会导致调速汽门的严密性变差。
        选择锁紧螺帽理由；保证调速汽门门杆上的螺母与其整垫片之间留有0.04-0.06mm间隙，是本次改造所要关注的重点，原来的开口销式螺纹连接防松装置与锁紧螺帽式螺纹连接防松装置，都能保证其间隙值在合格范围的要求，但锁紧螺帽式螺纹连接防松装置保证的间隙值更准确、更不易发生变化，同时还能保证门杆与螺母不发生相对运动，故采取锁紧螺帽式螺纹连接防松装置代替开口销式螺纹连接防松装置。
        五改选内容
        根据原安装螺母尺寸，加工两个与原螺母径向尺寸一样螺母，但高度为原螺母的一半（如图二）。

图二：原螺母与改造后螺母示意图

        图三：改造后的实物图
        六应用效果
        通过对东方汽轮机厂200MWN200-130-535/535机组的高压调速汽门门杆锁母的改造，机组再没有发生过高压调速汽门门杆脱落问题，效果比较明显，达到了预期目标。
        七结束语
        本次改选完成后，基本上解决了调速汽门门杆脱落问题，但还存在局限性，本次问题分析，只是对螺栓的防松装置进行了分析、探究和改进，没有对门杆、螺母的金属材质方面进行分析探讨，分析还是不全面的，在今后针对螺栓失效分析工作中还应加强金相分析。
        作者简介：张云杰（1967-），男，注册安全工程师，主要从事火力发电厂机务检修技术管理与安全管理工作。
        田世慧（1981-），男，工程师，主要从事火力发电厂集控运行管理与安全管理工作。
        李兴军（1983-），男，工程师，主要从事火力发电厂集控运行管理与安全管理工作。