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摘要：针对某核电站俄供1000MW汽轮机组高调门运行期间阀杆脱落问题分析了原因，并提出了检修优化方案及检修注意事项，为同类型高调门的故障分析及检修提供了可供借鉴的经验。
关键词：高调门；阀杆脱落；原因分析；优化方案；
某核电站#1、#2汽轮机组为俄罗斯列宁格勒金属工厂制造，型号为K-1000/60-3000，整个汽轮机组由一个高压缸与四个低压缸组成，四个低压缸对称布置于高压缸两端。两台机组在运行期间各出现过一次高调门阀杆脱落缺陷。
1.高调门脱落原因分析
1.1．高调门简介
每台汽轮机组配置四台高压调节汽门，对称布置在高压缸两侧。高调门由油动机的拉力开启，油动机的弹簧作用力关闭。汽门与油动机的连接结构如图1.1所示，汽门阀杆通过螺纹与球头连接，球头固定在油动机联轴器上，并在汽门阀杆与球头之间打入圆柱止动销（Φ6×100mm）防止连接螺纹松动。
图1.1 图1.2
1.2.原因分析
下面以发生在#2机组的缺陷为例分析缺陷发生的原因。缺陷发生后现场检查，阀杆脱落，阀门关闭，油动机处于打开位置。球头与阀杆之间垫片、断裂的止动销散落在阀门上部顶盖上。
目视检查阀杆及球头螺纹变形严重，圆柱销表面磨损严重并变形后断裂。对球头销孔进行测量，两端销孔分别为6.5mm、7.5mm，比标准分别扩大0.5mm、1.5mm。对缺陷球头螺纹进行测量，螺纹内径为62mm，新球头螺纹内径为60mm，球头螺纹磨损量为2mm。对脱落阀杆进行测量，阀杆上螺纹外径为62mm，新阀杆螺纹外径为64mm，螺纹磨损量为2mm。说明螺纹严重磨损失效、止动销断裂是阀杆脱落缺陷发生的直接原因。
螺纹磨损、止动销断裂的根本原因有：
1）止动销图纸要求直径为6mm，材质为20号钢，韧性大，但强度不够高。
止动销装配要求在球头与阀杆螺栓螺纹紧固后进行。现场检修时为了保证球头销孔与阀杆销孔对齐，检修人员未按要求在球头与阀杆间安装厚度合适的垫片，导致球头与阀杆之间螺纹在止动销安装后未处于紧固状态。或者检修时已紧固球头与阀杆之间螺纹，但球头销孔与阀杆销孔之间未对齐，检修人员直接手工修磨止动销，导致止动销与销孔之间存在间隙。机组运行后，蒸汽流动对阀芯产生冲击振动，在振动作用下，阀杆与球头之间产生相对转动。
球头与阀杆产生相对转动后，螺纹间产生间隙。同时，由于汽流冲击阀芯产生轴向激振力，造成螺纹接触应力的变化，使螺纹接触面碰磨形成磨屑，磨屑的形成加剧了螺纹接触面磨损，如此循环造成螺纹空行程增大。螺纹空行程增大，轴向剪切力增大，最终造成限位销断裂。
限位销断裂后，球头与阀杆失去限位，相互磨损加剧，长时间运行导致螺纹磨损尺寸变小。螺纹尺寸的减小加之阀杆振动，造成阀杆与球头之间螺纹连接失效，最终造成阀杆脱落。
2）如图1.1所示，阀杆与油动机联轴节之间没有刚性联结，球头与阀杆之间螺纹要承受阀门打开或关闭时的冲击力，如果螺纹松动，则止动销要承受冲击力。
在机组运行期间由于蒸汽的轴向激振力及阀门开度频繁变化，冲击力直接传递到螺纹及止动销上，长时间运行后会造成螺纹损伤，止动销变形或断裂。机组停机时、停机后以及启动期间汽轮机要做数次调速系统实验，需要频繁打闸，调门要在很短时间内关闭，关闭时阀芯与阀座之间的巨大冲击力全部由连接螺纹和止动销来承受，止动销在巨大轴向剪切力作用下可能会断裂。
综合以上分析，可以得出结论：高调门阀杆出现的脱落故障是一个量变引起质变的过程，主要原因是安装或检修工艺不当，缺乏检修经验，检修程序中检查项目不完备，以后检修中只要严格检修工艺，完善检修程序，保证螺纹始终处于紧固状态，螺牙单边受力，高调门脱落故障就可以避免。
2检修工艺优化
针对检修工艺中存在的问题，将从下面几个方面进行优化：
1）调整止动销材质及尺寸。将止动销材质由2 0号钢改为15Cr11MoV合金钢，该合金钢强度高、韧性好。止动销直径由6mm增加至10mm，增加止动销强度。
高调门油动机动力活塞部分如图1.2所示，机组日常运行期间高调门开度在80mm-120mm之间波动，该开度下提升力主要由小活塞提供。油缸直径D0为220mm，运行时活塞动力油压Pave=3.3MPa，由公式 1-1计算得出油动机提升力为125.4KN。
图1.3
3）安装止动销。止动销正式回装前应进行试装，确保配合良好，如间隙过大，需重新加工止动销。止动销安装时应用铜棒轻轻打入，严禁用大锤强行打入。
3后续优化措施
为了彻底杜绝阀杆脱落缺陷的发生，拟从下面几个方面进行研究改进：
1）改变球头与阀杆之间连接方式，增加约束，防止螺纹间发生相对转动。
2）改造阀杆和球头。螺纹规格由M64X4，改为粗牙M64X6，增加螺纹长度。在销子不承力的情况下，改为粗牙后虽然总的承载能力有所降低，但牙型的承载能力会提高，且总承载力还是有充足的裕量。按20%油动机提升力进行结构受力分析：
计算结果如图1.3所示，可以看到，最大峰值应力为32.6MPa，大部分的应力在15MPa以内。远小于材料屈服强度，满足强度要求。
3）采用新型强力弹性垫片。在阀杆与球头之间安装强力弹性垫片，保证螺纹球头始终处于旋紧状态、螺纹单边受力，杜绝螺纹承受方向相反的交变力。
4）改变止动销形式，将止动销由贯穿形式改为紧固支头螺钉，增强抗剪切能力。
4结论
保证设备的安全、正常、稳定运行，不仅需要制造厂合理的设计，更需要检修单位采用正确的工艺进行检修。因很多设备故障的案例都说明，严重的缺陷往往都是由检修人员一个小小的疏忽造成的。在目前发电企业越来越强调安全、质量、进度的背景下，更应该要求相关设备检修人员不能忽略检修工艺，否则一个小的细节错误都会为机组安全稳定运行埋下隐患。
参考文献
[1]蒋国元，《WWER-1000核电站设备与系统》，保定：中国核工业出版社，2009：42-43
论文作者:王志松
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/26
标签：螺纹论文; 调门论文; 机组论文; 磨损论文; 动机论文; 缺陷论文; 汽轮论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;