汽轮机低压调门卡涩如何处理

某电厂3号机汽轮机2号低压缸1号调节汽门（阳江核电厂内编码：3GRE2151VV后续正文用代码表示）由ADAMS厂生产，型号为ADAMS-NSKDN1300/PN25，见图1。阀门形式为蝶阀。油动机内高压油驱动阀杆旋转90°打开阀门，油动机电磁阀打开泄油后碟簧弹力驱动阀杆回转90°关闭阀门。阀门驱动端阀杆使用供汽、抽汽两级密封装置，其中门杆抽汽为负压，门杆供汽为正压Q。

阀门开启依靠油动机内进入高压油驱动同时压缩油动机碟簧，阀门关闭依靠油动机碟簧紧力驱动。阀门驱动端使用轴封密封，在轴封处设有门杆抽汽和门杆供汽，门杆抽汽为负压；门杆供汽为正压。

2015年12月09日，某电厂3号机组处于RP模式（调试阶段），机组满功率运行。11：55分，执行100%Pn发电机甩负荷至厂用电试验时，3GRE2151VV未能正确响应关闭，卡在98.4%开度位置，汽轮机转速升至1650rpm，汽轮机超速保护动作，汽轮机跳闸。

故障的原因分析过程采取与故障处理过程同步进行，处理方式采取由易到难方式进行。缺陷发生后检修部门制定如下检查方案：

检查伺服阀、电磁阀、插装阀；

拆解阀门非驱动端端盖，检查非驱动端推力部件；

脱开油动机与阀体的连接，检查油动机；

拆解驱动端联轴器、轴封，检查阀门驱动端部件。

伺服阀、电磁阀、插装阀的检查情况

维修人员在3GRE2151VV油动机MC1、MC2（油缸油压临时测点）和MP1、MP2（跳机电磁阀后油压临时测点）接临时压力表，检查油动机回油情况以判断伺服阀、电磁阀、插装阀是否动作。临时压力表连接后显示四个测点油压均为0，且主控显示阀位为98.4%。

结论：伺服阀、电磁阀、插装阀均正常动作，无拒动、卡涩故障，无异常。

阀门非驱动端推力部件检查情况

维修人员拆除检3GRE2151VV非驱动端端盖，检查非驱动端推力部件使用情况：

推力盘：表面光滑无损伤，刀口尺检查无变形，使用情况良好。

端盖：表面光滑无损伤，使用情况良好。

CFC垫：测量CFC垫厚度为1.5mm，与原厂垫厚度一致，表面平整无破损，使用情况良好。

轴套：轴套表面平整无损伤，使用情况良好。

卡环：卡环两面光滑无损伤，刀口尺检查无变形，使用情况良好。

结论：Y3GRE2151VV非驱动端推力环部件使用情况良好，表明非驱动端推力部件无异常。

拆卸油动机时由于阀门未完全关闭碟簧仍有残余紧力，致使油动机无法脱开，维修人员将碟簧箱端盖螺栓退出105mm后释放碟簧紧力。油动机花键与阀轴花键脱开瞬间，油动机自动平滑回至零位。

结论：3GRE2151VV油动机使用情况良好，无机械卡涩故障，油动机无异常。

维修人员执行以下拆解工序：

拆除油动机轭架、联轴器；

拆除轴封压盖；

拆除轴封。

维修人员拆除轭架及联轴器后使用顶丝拆除轴封压盖，由于紧力过大，轴封压盖被顶出20mm后无法继续拆除，使用液压拉马拆下轴封压盖。

轴封压盖拆除后，发现阀轴及轴封压盖损伤严重。阀轴上以阀门关闭位置作为零位，﹣47°至68.5°区间存在划痕，其中30°至68.5°区间损伤严重，轴封压盖对应部位存在相同损伤。损伤情况及损伤位置见图2、图3。

轴封压盖拆除后，维修人员手动开关阀门，阀门全行程无卡涩情况，阀轴盘动力矩正常，表明轴瓦无异常。

轴封检查情况如下（见表2）：

轴封使用情况良好，轴封外圈石墨密封垫无断裂破损异常。

轴封内圈烧结石墨完整、光滑，无损伤错位异常。

结论：轴封和轴瓦无异常。阀轴及轴封压盖有明显损伤导致阀门卡涩是本次故障直接原因。

轴封压盖与阀轴配合部位损伤进一步原因分析

阀轴与轴封压盖间隙均匀无碰磨。维修人员对3GRE2151VV阀轴直径及轴封压盖内径进行测量。测量数据见表3。

测量结果表明轴与压盖的加工偏差在标准范围内，排除阀轴与轴封压盖碰磨导致部件损伤。

初始装配时轴与轴封压盖无磕碰。如果轴封压盖安装时与阀轴磕碰，磕碰处会产生局部高点，并且磕碰位置应在轴封压盖两端。经检查轴封压盖两端无局部高点，实际损伤位置距轴封压盖端部3mm，且损伤部位呈带状，宽度为15mm，表明轴封压盖损伤并非装配时磕碰所致。

轴封压盖与阀轴之间存在异物。检查阀轴及轴封压盖损伤部位发现：

损伤部位距轴封压盖外边缘3mm。

损伤部位在阀门关闭零位的左右两侧90°内，与阀门开启、关闭行程吻合。

由于轴封压盖硬度低于阀轴硬度，故损伤产生的沟痕集中在轴封压盖侧。

材料磨损失效形式分为：摩粒磨损；粘着磨损；冲蚀磨损、微动磨损；疲劳磨损；腐蚀磨损六种形式。

观察目前阀轴与轴封压盖损伤形式，最终发生的是粘着磨损（两个相对运行的接触表面，由于分子间的吸引力作用，产生固相的局部冷焊或粘附连接，使材料从一表面转移至另一表面而引起的磨损，又称粘附磨损）。当阀轴损伤高点与轴封压盖损伤高点接触后产生粘附效应，随后阀门动作期间，粘附部位随着阀轴旋转将轴封压盖表面卷起并堆积成为高点，最终阀轴与轴封压盖抱死。

粘着磨损发生的先决条件是两个相对运行接触的表面，实际情况是阀轴与轴封压盖间隙合格且未发生碰磨。如果阀轴与轴封压盖之间进入一直径0.5~1.1mm异物，异物会触发磨粒磨损（硬颗粒或硬突起使摩擦表面破损而分离出磨屑或形成划伤的磨损，称为磨粒磨损，又称磨料磨损），使阀轴与轴封压盖表面发生轻微损伤，随后阀门动作期间损伤逐渐扩大直至发生粘着磨损。

目前阀轴与轴封压盖损伤机理与摩粒磨损和粘着磨损的损伤机理吻合，确定此次故障是异物导致。但维修人员在处理故障过程中并未找到异物，暂时有三种可能性：一是异物颗粒硬度高且脆，异物划伤设备同时碎裂；二是异物颗粒卷入损伤位置堆积的高点中；三是异物是厂内制造期间残留，加工阀轴和轴封压盖时残留毛刺，阀门动作时残留的毛刺划伤设备同时与母材汇聚到一起。

结论：3GRE2151VV阀轴与轴封压盖损伤原因为阀轴与轴封压盖之间进入异物。

低压汽门油动机轭架以阀门关闭位作为零度位在337.5°至22.5°、67.5°至112.5°、157.5°至202.5°、247.5°至292.5°四个位置开了四个工艺孔（见图4），工艺孔作用有两个：一是运行时散热；二是拆装油动机及轭架螺栓时起人孔作用。

结论：本次事件的根本原因为低压汽门设计时未考虑油动机轭架工艺孔防异物需求。

根据以上分析，导致本次事件的直接原因是：阀轴与轴封压盖之间进入异物，阀门多次动作后阀轴与轴封压盖有明显损伤导致阀门卡涩。拆解阀体后将阀轴和轴封压盖之间的异物收集进行化验，化验结果显示异物化学成分与母材一致，所以无法判断异物的真实来源及进入的阶段，即异物有可能是厂家加工残留或安装期间进入再或者设备调试期间进入，据此，我们对这三个阶段提出两点要求：

一是设备制造厂家加工试验完毕后，对阀轴与轴封压盖处拍照留底，证明此处无异物，同时发货前对工艺孔位置进行防异物封堵。将此项要求作为工程方厂内监造见证点。

二是设备到达后，工程方在安装及调试期间均要对轭架工艺孔进行防异物封堵，并在移交检查时对此位置进行防异物检查。

根本原因为：低压汽门厂家设计时未考虑油动机轭架工艺孔防异物需求，对轭架工艺孔进行防异物设计是解决类似故障的根本方案，电厂要求如下：

汽门制造厂出防异物设计，对已经安装到电厂的汽门由电厂根据制造厂的防异物设计进行安装。

对于还未出厂的汽门由制造厂安装防异物装置。

最终厂家同意在油动机轭架的开孔位置增加防护网，以防止异物进入到设备内。

此次低压调节汽门卡涩故障源于防异物控制不当，导致硬而脆的异物进入到轴封压盖与阀轴之间，划伤轴封压盖与阀轴配合位置，阀门多次动作后损伤部位逐渐扩大直到阀门完全卡死。故障暴露出阀门在设计、制造、安装、调试多个过程均存在质量控制不足问题，应从制造到安装以及后期调试过程中加强设备的质量监督和控制，严把各个环节的质量关，预防不安全事件的发生。