东汽600MW机组高压调节汽阀十字头的改型与应用

【摘 要】内蒙古大唐国际托克托发电公司的#3-#8机为东方汽轮机厂生产的600MW机组，由于高压调节汽阀阀杆与十字头的连接方式存在设计缺陷，造成机组运行中多次发生高压调节汽阀阀杆脱落、阀门突关事件，严重影响了机组的安全可靠运行，通过对高压调节汽阀十字头的改型与应用，保证了阀杆与十字头连接可靠性，为机组的安全可靠运行提供了有力保障。

【关键词】高压调节汽阀；阀杆；十字头

1.前言

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司的二、三、四期工程#3-#8机为东方汽轮机厂生产600MW机组，汽轮机高压缸配汽机构共有2个高压主汽阀和4个高压调节汽阀，1个高压主汽阀与2个高压调节汽阀共用一个壳体，4个高压调节汽阀分别控制高压缸进汽的4个喷嘴组，满足汽轮机的配汽要求。

由于高压调节汽阀阀杆与十字头的连接结构存在原始设计缺陷，机组运行中多次发生高压调节汽阀阀杆脱落、阀门突关事件，危及机组的安全可靠运行，针对高压调节汽阀阀杆脱落这一重大设备隐患组织技术攻关，对高压调节汽阀的十字头进行改型，消除了因连接结构设计不合理而造成阀杆脱落、阀门突关的设备隐患，为机组的安全可靠运行提供了有力保障。

2.东汽600MW机组高压调节汽阀十字头现状调研

2.1东汽600MW机组高压调节汽阀十字头改造前的结构

东方汽轮机厂生产的N600-16.7/538/538-1型汽轮机，汽轮机高压缸进汽配有2个高压主汽阀和4个高压调节汽阀，高压调节汽阀的操纵方式采用杠杆机构，整个操纵装置在设计上借鉴了日本日立600MW机组高压调节阀操纵机构的结构方式，阀杆与操纵座十字头采用螺纹连接，原设计结构见附图1。

2.2东汽600MW机组高压调节汽阀十字头原设计结构存在的问题

托电公司#3-#8机组自投产以来，机组运行中多次发生高压调节汽阀阀杆脱落、阀门突关事件，严重影响了机组的安全可靠运行，分析高压调节汽阀阀杆脱落的原因，发现高压调节汽阀的阀杆与十字头的连接结构存在诸多问题，现分述如下：

⑴解体高压调节汽阀，发现阀杆与十字头的M76×3连接螺纹均存在倒扣及螺纹咬死现象，螺纹牙顶损坏至牙底，失去连接及传动作用，在外力作用下阀杆与十字头脱离，造成机组运行中阀杆脱落、阀门突关；

⑵阀杆与十字头的止转销断裂损坏，阀杆与十字头可在轴向自由旋转和上下移动，造成阀杆退扣脱落，造成阀门突关；

⑶高压调节汽阀阀杆顶部垫环在阀门关闭时撞击减薄，阀杆顶部螺纹负载着阀门关闭时的撞击力，造成螺纹损环及阀杆止转销断裂。

3.东汽600MW机组高压调节汽阀阀杆脱落的原因分析

托电公司一期工程（#1、#2机组）为进口日本日立公司600MW机组，托电公司二期、三期、四期工程（#3-#8机组）为东汽引进日本日立公司技术生产的600MW机组，汽轮机高压调节汽阀的操纵方式采用杠杆传动，整个操纵装置在设计上借鉴了日立公司600MW机组的结构方式，一期日立机组自投产以来从未发生阀杆脱落事件，而东汽机组却在投产后相继发生多起高压调节汽阀阀杆脱落事件，造成阀杆脱落的原因分析如下：

⑴查阅东汽引进日立600MW机组的高压调节阀杆的连接螺纹资料，调节阀杆的连接螺纹为G3”，螺距7.257mm；东汽国产化机组调节阀杆采用M76×3连接螺纹，螺距3mm，东汽厂高压调节汽阀阀杆螺纹的螺距小、强度低，是造成阀杆脱落的原因之一；

⑵东汽600MW机组高压调节汽阀阀杆垫环的材质差，解体检修高压调节汽阀十字头发现阀杆顶部垫环均存在较严重的挤压减薄变形现象，而日立机组的阀杆垫环未发现严重挤压变形，东汽机组阀杆垫环材质差是造成阀杆脱落的原因之一；

⑶设备安装时检修工艺不良，按阀门安装技术要求，阀杆旋入十字头后必须保证端面完全贴合紧密，无间隙，保证阀门关闭时阀杆螺纹不受力，现场高压调节汽阀解体后，复装前应试装配，找正十字头销轴孔的相对位置后，需确认阀杆端面完全贴合紧密，才能装入销轴，若接触达不到要求，通过改变调整垫环的厚度进行调整，通常要反复修磨调整垫环。从现场解体情况来看，部分机组的高压调节阀阀杆端面与十字头之间，存在间隙未达到设计的装配要求，从而造成阀杆螺纹受到阀门关闭时的撞击力，导致阀杆螺纹变形损坏、丝扣咬死，由此可见设备安装检修工艺不良是造成阀杆脱落的原因之一。

4.东汽600MW机组高压调节汽阀十字头的改型分析与结构形式

4.1东汽600MW机组高压调节汽阀十字头改造后的结构形式

针对东汽600MW机组高压调节汽阀十字头在设计安装上存在的问题，与东汽厂充分沟通后，分析并制定了高压调节汽阀十字头的改型方案，改造后的结构见附图2。

4.2东汽600MW机组高压调节汽阀十字头改造后的结构分析

⑴将十字头的螺纹部位加工扩大成一圆柱孔，增加提升螺母作为阀杆与十字头的连接件，提升螺母外圆与十字头上的孔采用间隙配合，在提升螺母外圆上开一导向槽，在十字头上装一导向销以防止提升螺母转动，并保证提升螺母可以上下移动；

⑵提升螺母的定位由一螺塞完成，先旋转螺塞，然后测量出提升螺母与十字头之间的顶部间隙，保证该间隙值为3mm，再装入止退螺钉，以防螺塞退出；

⑶阀杆端面与十字头之间仍通过垫环来进行调整，但阀杆端面贴合要求可适当降低，允许该处存在微小间隙，其间隙值不大于0.20mm，以防止阀杆与十字头之间相互转动；

⑷在阀杆上补充加工两个平面，用一止动板限制其转动，止动板采用焊接的方式固定在十字头上。

改造后的结构具有以下优点：将阀杆与十字头的直接连接变为间接连接，提升螺母顶部留有3mm间隙，可有效避免因高压调节阀装配未到位及阀杆垫环减薄时，阀杆螺纹承受过大的冲击力，从根本上杜绝了阀杆螺纹倒扣、咬死现象，该结构保留了阀杆等主要零件，增加零件少，结构简单，投入改造资金少。

5.结论

托电公司于2010年首先对#7机1号高压调节汽阀进行了改造，经过一段时间试运行后，相继对#3-#8机的高压调节汽阀进行了改造，获得了满意的效果，通过改造达到了以下安全和经济效益：

⑴避免了因阀杆脱落而带来的检修费用：高压调节汽阀阀杆脱落后，其阀杆、十字头及销轴等部件均已严重损坏，需全部更换新件，每根阀杆约2万元，十字头约6万元/套，因阀杆脱落而带来检修费用约8万元；

⑵消除设备隐患、保证机组的安全可靠运行：高压调节汽阀十字头改造后，消除了原设计结构中的不合理因素，避免了机组运行中高压调节汽阀阀杆脱落、阀门突关的重大设备隐患，为机组的安全可靠运行提供了有力保障。

参考文献：

[1] 闻邦椿.现代机械设计手册.机械工业出版社.2001

[2] 温秉权.金属材料手册.电子工业出版社.2009

[3] 刘鸿文.材料力学.高等教育出版社.2009