刘莎莎
集成电路设计流程
【摘 要】针对300 MW汽轮机组在电厂运行中出现的阀门断销问题,从阀门的工作原理、零部件装配关系和销子受力分析几方面,详细分析了事故发生的原因,并结合生产实际,分别提出了增加过盈的装配关系、热铆和提高加工精度等有效的解决方案,为处理类似的阀门问题积累了宝贵经验.【期刊名称】生物塑化《技术与市场》
【年(卷),期】2015(022)012
【总页数】2页(P133-134)
【关键词】汽轮机;主汽阀;阀杆;销子
【作 者】刘莎莎
【作者单位】东方汽轮机有限公司,四川 德阳 618000
【正文语种】FOSY中 文
高压主汽阀和中压调节阀都是汽轮机中非常重要的控制部分之一，也是温度最高、压力最大、工况最为恶劣的调节部件之一。这两种阀门在汽轮机运行中不仅可以通过调节蒸汽进汽量来调节功率，还可以快速切断新蒸汽和通往其它加热装置的蒸汽，在汽轮机出现故障时保护整机安全。在电厂实际运行中，阀门还要根据开机、停机和电网波动等因素的影响实时动作，这就对阀门零部件在耐磨、耐水蚀、耐高温高压、耐撞击等方面提出更高的要求。下面针对公司生产的300 MW汽轮机组在运行中出现的阀杆中销子断裂的事故进行检查和分析，并出解决此类问题的办法。
近年来公司生产的300 MW汽轮机组在电厂运行一段时间后，陆续出现高压主汽阀门、中压调节阀门里的止动环脱落、销子断裂情况，且已经无法继续使用，全部都需要返厂进行检修。其中大部分阀门都在质保期内，不仅对公司和电厂都带来很大损失，还严重影响了公司信誉。因电厂停机时间有限，所以用户往往要求公司尽快提出解决方案并有效处理该问题。 返厂的阀芯部件从外表上看已经形成了一层氧化层，在阀碟与套筒之间可以明显看到止动
环已经掉出，铆边经过氧化已经变薄且全部被带出折弯，如图1所示。把止动环取出后可以看见销子伸出阀杆部分已经被折断，并且有明显被剪切掉的痕迹，而且被剪切掉的部分已经无法到，很可能已被蒸汽冲到机组内部，如图2所示。可以肯定的是这对汽轮机通流将产生很坏的影响，需要电厂仔细检查喷嘴、转子和隔板等零部件的损伤情况。总之，止动环的脱落不仅可能会使阀杆外套筒与阀壳咬死，断掉的销子还有可能会撞击通流部件，从这点可以看出该问题对机组的破坏性和严重性。
我公司生产的300 MW高压主汽阀门和中压联合阀门的阀杆都是以螺纹形式连接在阀碟中预启阀上的，这就要求阀杆在运行中不能转动以防止阀杆上螺纹连接部分减少，改变阀门行程。防止阀杆旋转的措施有：止动环与阀碟间有定位键，可以防止止动环在阀碟中转动；止动环对阀碟中套筒起到固定及限位的作用；止动环上的键槽和阀杆上的销子共同并唯一起到防止阀杆转动的要求。
止动环与阀碟是过盈配合。在阀门装配过程中，先用液氮对止动环进行冷却，达到过盈要求后装入阀碟并固定，直到冷却到室温，然后通过测量尺寸检查是否装到位，最后用阀碟上的铆边全周敛缝，敛缝方法采用冷铆。结合仔细检查公司内部安装和拆解返回阀芯部分，对止动环脱落分析后可以得到以下几个结论。
从结构上看，固定止动环的结构只有阀碟上仅1.6 mm的铆边和其自身与阀碟0.025～0.076 mm的过盈量。通过观察电厂返回阀碟上的铆边，可以看出铆边因为长时间在高温高压蒸汽下被氧化而变薄，实际铆边不到1 mm，如图3所示。另外，过盈量偏小也容易使止动环在频繁开关时受到销子摩擦力而脱落。
止动环和阀碟的材料分别是2Cr12NiMoW1V和20Cr1Mo1V，线膨胀系数分别为12.06×10-6和14.1×10-6(1/℃)。通入阀门的蒸汽温度不是不变的，在启动时阀门内温度变化最大，在平时也有微小波动。当新蒸汽进入阀门时,温度发生很大变化，在急速升温过程中，因为止动环的线膨胀系数比阀碟的小，导致阀碟膨胀较快，使两者间过盈消失，甚至产生间隙，止动环就有可能随阀杆转动而转动，对铆边产生摩擦冲击。当阀门因为故障或者停机而关闭时，阀碟与阀座撞击也对止动环有一个向下的惯性力，时间长了对铆边的压力越来越大，最后大于铆边的紧固力时止动环脱落。
造成摩擦的原因也有可能是阀杆上销孔在加工时没能保证销孔中心通过阀杆中心线，或者止动环内键槽中心线与阀杆中心线不重合。从断裂的销子看，没有被剪掉的一端有明显被磨平的痕迹，而且圆周有很多被磨平的面。这是因为销子与阀杆上销孔是间隙配合，销子在与阀杆摩擦时会随摩擦力旋转，所以才会有不同面被磨平，如图4所示。
图中销子上被磨平的表面就可以充分说明销子对止动环有明显的摩擦力。虽然接触面不大，但阀杆在开启和关闭时速度很快，导致摩擦力很大。同时，在铆边变薄的情况下就提高了把止动环拉出的可能性。
所有断裂的销子都是单边被剪断，可以排除销子因为摩擦导致裂纹并经过长时间运行达到屈服极限而断裂。这就说明销子如果一直在止动环键槽间运动是不可能出现这种问题的。具体原因要从结构上进行分析。
从断面看，断裂是由剪切所产生。销子是合金材料的，硬度很高，能产生这么大的剪切力使其折断就需要同样合金材料和很大的外力。
从阀门结构看，销子与键槽有单边1 mm的间隙，与阀杆上销孔有0.25～0.3 mm的间隙，并且阀门行程远远大于止动环高度，当止动环脱落并且油动机推动阀杆达到一定行程时，销子脱离键槽。这时高速、高温、高压的蒸汽进入阀门后会对阀碟有不定向的冲击力，使阀芯部件产生旋转，同时使销子随阀杆旋转并在不规则气流推动下向一边运动，这样销子旋转后就无法对准键槽并会使单边冒出。冒出的多少可以通过保存下来的销子长度确定，至今没有发现两边都被剪掉的断销。所以当阀门关闭或调节时就会使销子撞击在止动环上，
第一次撞击不会使销子一下子被剪断，但会使销子折弯从而无法退回。长时间撞击就会使销子本身产生裂纹，直至最后被剪断。
通过上面的分析可以得出销子断裂主要是因为止动环脱落，使销子在阀杆内自由旋转并在油动机强大外力作用下被止动环剪切导致。另外，销子与键槽不同心产生的摩擦力使销子接触面的渗氮层受到破坏并且直径变小，对销子耐磨和抗剪切性能产生了负面影响。
解决这次问题的关键在于解决止动环脱落问题，可以结合阀门结构、装配工艺和加工要求几个方面给出解决方案。两票系统
此次问题反映了阀门结构上的不足之处。其中最大的问题是对止动环的固定设计存在隐患。从实际情况看，1.6 mm厚的铆边对内部件固定效果有限，可以增加铆边厚度以增强紧固力。
从长远看，铆边结构在长时间运行中不能很可靠的保证止动环不松动，要想根除这种隐患就要采用更牢靠的结构，比如增加止动环径向厚度，用螺钉把止动环和套筒把在阀碟上，不过这需要进行理论计算和大量试验。另外，可以在现有情况下作出改进的是加大止动环
和阀碟间的过盈量，这样可以减小线膨胀差的影响，增加对止动环的静摩擦力，减轻对铆边的压力。
公司内部生产的阀门均采用冷铆止动环的工艺要求。但是从材料学角度看，这样会改变铆边的屈服极限，产生内部应力，而且这样的铆边很难达到设计要求。为了消除这种应力，可以采用先加热后铆边的手段，最后对铆边进行作探伤以确保没有裂纹。这种方法在理论上能更好的达到设计要求并且有汽轮机阀门装配经验作为依据，比较可靠。
隧道式高温烧结炉在阀杆上钻孔较难保证精度，因为在正时存在人为因素或者机床产生的误差，并且钻头在加工受到阀杆表面影响容易产生偏角。为此，在设计时可以考虑先加工一个平面，再以这个平面正，以减小钻头在初期受到球面影响产生偏差。另外，在加工时也可以采用钻模等工装增加加工精度。
阀门断销在汽轮机运行中属于重大技术故障，对阀门和机组将产生严重的安全隐患。针对此类300 MW汽轮机组阀门中发现的问题：止动环脱落，并在运行中将销子剪断，导致阀门行程改变，对阀门快关和调节能力都有影响，进而降低了机组运行的安全性。在今后的生产中要彻底解决止动环脱落以及销子折断问题，可以从改进阀门结构、装配工艺和提高
加工精度几个方面入手。另外，我们还要在对这次事故的分析和处理中吸取经验，举一反三，对有可能出现类似问题的部件要慎重检查，避免再次发生。
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本文通过分析此次问题并提出解决方案，对今后的阀门制造起到一定指导作用，从一定程度上可以减少返修对公司和电厂带来的损失。只有认真、细致的态度才能打造更高质量的产品，挽回用户的信任，提高市场竞争能力。千里之堤溃于蚁穴，只有认真做好每一件小事才能真正树立优秀的品牌。
