主汽门检修工艺探讨

摘要：在汽轮机系统中，主汽门是整个汽机系统的重要组成部分，本文通过对主要遇到的实际问题进行分析，论述了主汽门的几个典型故障。提出了汽轮机主汽门检修的试验方法，对主汽门检修工艺进行了探讨。

关键词：主汽门；密封；检修

0 引言

在整个汽轮机系统中，主蒸汽阀门（简称主汽门）被看做是守卫者，它是主蒸汽进入汽轮机的第一道总阀门，承受着汽轮机部分最高的工作温度和压力，其工作条件最为恶劣，是保证机组安全起、停和运行的关键部件。汽轮机所有停机保护均是通过主汽门和调节汽门的关闭来实现的，如果调节汽门拒关或关不严密，最终要依靠关闭主汽门快速切断汽轮机汽源，以防止汽轮机超速，保证机组的安全运行。也就是说，主汽门的主要作用是在危急情况下快速自动关闭切断进入汽轮机的主蒸汽通路，从而使机组停止运行以防止产生过大的超速或避免某些不良的后果[1]。近年来，发电厂的数据统计表明汽轮机主汽门的强度失效对电厂生产造成了巨大的经济损失，机组的频繁启动对阀门及使用寿命的影响尤为突出，发电厂的阀门失效事故有增加的趋势。因此高压进汽阀门的研究逐渐得到国内外各主要汽轮机研究机构的重视，作为生产人员对主汽门检修工艺进行探讨也是极其必要的。

1 主汽门的结构及工作原理

1、主阀碟 2、预启阀 3、预启阀弹簧 4、主阀杆

5、主阀杆套衬 6、衬套 7、销 8、弹簧导杆9、阀座

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主汽门靠液压开启，弹簧关闭，卧式运行。其功能是在需要时起到紧急阻断进汽的作用。主阀内有一启动小阀，在全压下能开启，其通流能力约为25%额定蒸汽流量，它在调节汽阀全开的全周进汽启动时，能精确控制转速。主汽阀的主阀碟为非平衡式，在负荷或转速控制切换至调节汽阀控制而需要全部打开主汽门时，需关小后面的调节汽阀至一定程度，即主汽门主阀碟前后压差减小到一定程度方能打开主汽门主阀碟。主汽门在全开和关闭位置，阀杆都有自密封装置，以减少阀杆漏汽，主汽门内有一蒸汽滤网防止异物进入汽轮机，在试运行阶段，在永久性滤网外面，还需要临时增加一个细目滤网。

主汽门关闭时采用了三处密封，即：一是主汽门关闭时依靠主汽门关闭弹簧将弹簧导杆压下，弹簧导杆端部直接与主阀杆衬套接触，实现主汽门在关闭时门杆漏汽量减少到最低；二是主汽门关闭时预启阀依靠汽轮机主汽门预启弹簧力和蒸汽压力，将主汽门预启阀推到关闭位置后再带动主阀碟到关闭位置，然后依靠蒸汽压差产生密封。即汽机打闸后要求主汽门预启阀与主汽门主阀碟接触关闭、主汽门阀碟与阀门座实现接触关闭，实现主汽门预启阀、主阀碟关闭严密；三是弹簧导杆端部与主阀杆衬套完全密封，减少汽机门杆漏汽量，主汽门关闭实现三个接触面完全密封。

2 主汽门故障案例分析

案例一：主汽门关闭延时

某电厂机组因电气故障跳机（注：机组跳闸时，负荷500MW，主汽压力约16.7 MPa），＃1高压主汽门（TV1）瞬间关闭到5％开度，而后共用了50分钟才逐渐缓关到0位。转入小修后，对主汽门全面解体检查。现场处理过程如下：

（1）现场检查阀门本体：各部套外观完好，无磨损拉毛痕迹，各部套动静间隙、门杆弯曲均在合格范围内，组装后阀门推拉活动试验灵活，说明阀门本体没有问题。

（2） 传动机构和油动机在汽轮机厂进行全面解体检查，具体工作如下： 首先对油动机全面解体检查，发现油缸铜套有轻微拉毛迹象，修复后回装，所有部件按采用超声波清理，并完成了厂内各项试验，合格后送交组装车间与传动机构装配。然后将执行机构的所有传动销和套筒间隙由原来的0.08-0.13mm放大到0.15-0.20mm。之后将弹簧室内壁镗孔至光滑无毛刺。最后将弹簧托盘外圆由圆柱面改为R角圆滑过渡，使之与弹簧室间摩擦力最小。

案例二：主汽门卡涩

机组打闸后主汽门关不到零位，在汽轮机打闸过程中，主汽门都出现过不能关到零位的现象，故障时主汽门先关下一部分然后停止，只能关到11mm的位置。针对这种状况，检修人员用铜棒顺着门杆下关的方向进行适当力度的敲打，门杆下关效果不明显，又经过多次挂闸打闸试验，现象没有消除。但发现在首次快关时，TV1弹簧托盘与弹簧室有碰撞迹象，随后对阀门解体检查，发现杠杆绞销套衬套有划痕，支点绞销销钉间缝过小，TV1、TV2弹簧与套筒之间有摩擦迹象，弹簧托盘有划痕，主阀碟与外导套配合的摩擦痕迹下部主阀与外导套磨损，而且TV1油动机活塞杆活动非常困难，动作阻力大，确认机械卡涩和系统摩擦阻力是这次阀门卡涩的直接原因。对主汽门弹簧解体发现弹簧自由状态平衡面偏差18mm。

案例三：主气门突然关闭

某电厂机组运行中主汽阀突然关闭、自动停机，当时分析是因为汽轮机组保护系统动作，造成汽轮机自动主汽阀关闭。检查保护系统无误后再次启动，机组启动不起来，怀疑可能是主汽门预启阀和主汽门杆卡死。现场处理过程如下：

对自动主汽门全面解体，检查主汽阀芯，发现预启阀及导向杆在主汽阀芯里结垢卡死，预启阀提不起来，阀座结垢，进汽筒形蒸汽滤网结垢。进一步检查发现主汽门操纵座的活塞杆与套筒间隙增大，长时间渗油到门杆被烤焦后结垢卡涩。主汽门杠杆焊口有裂痕，弹簧拉杆与弹簧盖孔间隙下部小于上部大于4mm，油动机底座上下无定位，存在事故隐患。另外通过测量发现阻汽片套筒与门杆的配合间隙大，门杆与汽片（套筒）形成氧化皮并结垢造成严重卡涩。检查还发现操纵座滑阀有卡涩现象，油里带水。

3 故障原因总结

3.1 延时故障原因

经过对主汽门延时故障全面细致分析后，归纳出可能造成关闭延时的原因有：

（1） 油动机活塞和油缸内筒摩擦阻力偏大；

（2） 控制回路和EH油系统的故障，如卸载阀卡涩等；

（3） 油动机定位偏斜，造成执行机构蹩劲；

（4） 油动机活塞杆和铜套间隙偏小，或者运行中由于进入灰尘导致铜套拉毛；

（5） 弹簧室内弹簧托盘、弹簧本身与内壁、窗台发生碰磨；

（6） 执行机构转动销和套筒间隙偏小；

（7） 弹簧刚度偏小或者预紧力偏小；

（8） 弹簧拉杆下沉造成杠杆机构蹩劲；

（9） 主汽门阀体内的卡涩：阀杆与密封套、主阀与衬套、预启阀与衬套动静间隙过小，或阀杆弯曲过大而造成卡涩等。

3.2 主汽门卡涩故障原因

造成主汽门卡涩的原因较多，有机械方面原因，材质方面的原因，化学蒸汽品质方面的原因等，结合目前国内电厂的检修情况归纳起来主要有以下几个方面。

（1） 阻汽套在运行中发生拉毛，变形等现象，引起调门卡涩；

（2） 阀套与导向套筒间以引导键定位，在运行中，由于汽流冲击，引导键发生严重磨损，致使阀套歪斜卡涩；

（3） 门轴与端盖轴向间隙小，热态下由于膨胀、氧化层可能会使间隙消失，造成卡涩；

（4） 阀杆和阀套的线膨胀系数不一致，另外阀杆相对质量小，造成加热快。阀杆和阀套的间隙小；

（5） 运行中，蒸汽品质恶化，使门杆上结垢严重，引起门杆卡涩；

（6） 阀杆与汽封套筒之间产生了高温氧化皮，当高温氧化皮厚到消除了二个部套间的滑动间隙后，引起调门卡涩现象；

（7） 热工电信号或电液转换器故障。

3.3 高压主汽门关闭故障原因

1、机械阻力大

造成机械阻力异常增大的原因有：

（1） 控制回路和EH油系统的故障，如卸载阀卡涩等；

（2） 主汽门阀体内的卡涩，如阀杆与衬套，主阀与衬套等由于间隙过小，或阀杆弯曲过大而造成卡涩等；

（3） 弹簧室内弹簧托盘或弹簧本身与内壁发生碰磨；

（4） 油动机内部卡涩或卡死；

（5） 杠杆机构卡涩，如五个销子之间存在着某种形式不平行而使杠杆机构转动不灵活等；

（6） 杠杆机构与油动机发生蹩劲而使杠杆机构和油动机的机械阻力明显增大。

2、主汽门横置摩擦力大，需要适当增加弹簧的预紧力

3、主汽门关闭的过程中蒸汽的反作用力引起的关闭延时

4 针对主汽门故障采取的措施

4.1 主汽门本体检修措施

针对主汽门本体检修，应尽可能保证门杆与门杆衬套间隙达到厂家标准要求的上限，阀蝶导向套间隙尽可能增加至0.40mm。检修时应在主阀衬套内部平均选取7-8个截面进行详细测量，保证内径偏差在0.03mm范围内。如果出现椭圆度偏差较大的情况，应该进行磨床精细加工，无条件时考虑使用金相砂纸进行人工打磨。进行解体检修时，要测量门杆弯曲值，检查门杆、门杆套、阀蝶表面和导向套的光洁度，不应有氧化皮和其他杂质存在，从而防止阀杆弯曲造成的阀门卡涩，以保证阀门开关的灵活程度。同时要注意检查阀蝶、门杆螺旋槽外缘处、门杆衬套外口不应有尖角，保持圆滑过渡，预启阀密封面接触均匀，成一条连续的圆周100%环线；阀蝶密封面接触均匀，成一条连续的圆周100%环线。

4.2 主汽门操纵座检修措施

操纵座解体后，检查弹簧与弹簧之间及弹簧与弹簧室之间是否有摩擦，如有，可转换弹簧间角度消除，以利于快关。针对主汽门操纵座的检修，首先，检修时要仔细检查导块球型面表面光滑，如遇尖角接触的部分要修钝。弹簧座架与导块在安装时应配对研磨，至少保证接触位置在直径较大的地方，以利于对中。确保环行接触达到80%以上。第二步，测量弹簧的自由长度、弹簧钢度以及弹簧压缩值，确保它们符合标准要求。如果出现予紧力减小的情况，应立即查明原因。同时，检查弹簧室内壁表面光滑，不能有凸点，弹簧观察窗口内壁四周应圆滑过渡，不能有棱角， 否则要打磨。第三步，安装时，三根弹簧起始点应错开180度；弹簧室连接法兰止口处要确保表面光滑，不能有毛刺、凸点，否则要打磨；组装弹簧室时，应在垂直竖立状态下进行，安装时应该注意弹簧座架在弹簧室内圆周间隙要均匀，尽可能在中间，如有少量偏差，也应该是下部间隙大于上部间隙，以防止弹簧座架在主汽门开、关时与弹簧室碰磨。最后，注意主汽门保温时，不宜将弹簧室座架连接法兰及螺栓进行保温。

4.3 杠杆传动机构方检修措施

（1） 检修时保证上杠杆和下杠杆三个销子孔各自同心，不能错口；

（2） 测量上杠杆和下杠杆三处连接销子两侧的上下距离，并做记录。偏差过大时应查明原因，并进行调整以保持平行度；

（3） 杠杆传动机构各销子与销子衬套间隙要保证0.05mm～0.10mm，连接杆与杠杆处销子与销子衬套间隙、主汽门门杆与操纵座联杆处销子与销子衬套间隙要保证0.08mm～0.13mm。销子和销子衬套表面应保证光洁。安装时应在销子表面上涂上二硫化钼干粉，含油轴承涂机油。检查销子活动是否灵活，否者要进行处理；

（4） 油动机底座安装需在弹簧室垂直竖立状态下进行，后部止动处应贴实，不应有间隙；

（5） 传动杠杆安装后检后检查油动机杆、弹簧拉杆、支点处支架中心应在同一个平面上。

4.4 安装完毕后的检验措施

（1） 油动机安装要保证不小于6.4mm缓冲行程。

（2） 油动机活塞下加装静态试验用临时压力表。（有条件时加装；试验后拆除，恢复死堵）

（3） 校对主汽门实际上移、下移行程位移和LVDT反馈信号。

（4） 对油动机上移和下移过程中活塞下油压进行测量，每开、关10%记录一次。如同一开度下偏差过大应查明原因进行消除。

（5） 主汽门整体安装结束后，在油动机活塞杆、主汽门操纵座连杆、支点支架与杠杆连接销子附近的杠杆端面上分别安装磁性表座，装上百分表。

（6） 在弹簧室上盖处安装垂直于弹簧室上盖90°的平面尺，以测量油动机活塞杆、主汽门操纵座连杆、支点支架在工作时的平行度，及支点支架在工作时左右方向的位移量。

（7） 主汽门全行程取每10%记录一次百分表的读数，并对其进行比较，以检验杠杆工作状态的平行度。

5 结束语

主汽门出现关闭延迟、卡涩等现象的原因大多是由动静间隙不当所引起的，检修过程中必须及时测量，及时处理，防止缺陷扩大化。主汽门是确保机组打闸停机时不发生飞车事故的关键部件，所有的机组跳机保护也最终由主汽门来实现，如果主汽门在机组甩负荷停机时不能正常关闭，那么后果将不堪设想。因此通过主汽门的定期活动和严密性试验等有效手段确保主汽阀不发生卡涩对于机组的安全运行意义重大，运行中必须定期进行该试验，以保证主汽门的灵活性，否则，若没有及时发现主汽门卡涩，将会危及机组的安全。同时，在检修中还应注意检查主汽门门座松动情况，发现后要及时处理，以防止发生重大事故，从而保证机组安全可靠运行。但目前由于笔者所学知识和经验有限，上述措施还不够完善，敬请各行的专家对主汽门的检修工艺进行更深层次的探讨。

参考文献：

[1] 中国动力工程学会主编.火力发电设备技术手册，第二卷，汽轮机

[2] 吴季兰.汽轮机设备及系统 [ M ]. 北京：中国电力出版社，1998.

[3] 张 健，冷壮家，袁家谱.汽轮机自动主汽门缺陷分析及处理[J].热电技术，2010年第2期.