火电厂发电机组汽轮机阀杆断裂探究

火电厂发电机组汽轮机阀杆断裂探究

1纪海军2朱宪磊

1.内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司029200；

2.内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司029200

摘要：本文主要针对某火电厂主汽门开关产生的异常现象进行了深入的分析，针对于最终的分析结果对故障发生在阀门机械部分，再将阀门进行解体之后阀杆出现了断裂现象。对导致火电厂发电机组汽轮机阀杆出现断裂现象的原因进行了分析，并结合实际情况提出了一些有效的修复措施，希望能为相关人员提供合理的参考依据。

关键词：火电厂；发电机组；汽轮机；阀杆；断裂

在火电厂发展过程中，发电机组汽轮机阀杆出现断裂现象如今已经成为汽轮机运行中比较常见的故障之一，很多火电厂都加大了对这项故障问题的研究力度。当阀杆出现了断裂问题时，不仅会对机组的正常发电带来一定的影响，在一定程度上增加了机组的维修费用，严重时可能会造成汽轮机出现超速飞车的现象。结合实际情况来看，导致阀门发生断裂现象的原因非常多，其中外部因素主要包括了运行存在异常现象、机组内部结构不合理以及阀体组装不完善等，这些问题的存在都很有可能导致阀杆断裂现象的产生。但是，其中最主要的原因是阀杆自身存在质量问题，当材料或者是设计不能满足实际的使用要求时，将会在很大程度上导致断裂问题的产生。

1、火电厂发电机组汽轮机阀杆断裂情况调查分析

某火电厂一共有8台汽轮机，其中100MW机的设备与200MW的设备分别都是4台，调速汽门的用量为48个，在该火电厂设备正式投入使用之后，一共发生了八十多次汽轮机阀杆断裂现象。为了对汽轮机阀杆断裂现象产生的原因进行深入的分析，针对于设备使用之后所发生断裂的23个阀门进行了深入的探究。

结合相关的统计结果来看，阀门相关的概况主要包括了以下两个方面：第一，在使用过程中可能因为受到的工程概况存在差异，所以最终阀杆产生的断裂现象也是不同的，由此可以看出，阀杆出现的断裂问题会受到外部环境的影响；第二，当阀杆发生断裂时，通常情况下都是出现在阀瓣端的阀杆头或者是阀杆的沟槽部位。

因为造成汽轮机阀杆断裂现象的原因不同，所以，在解决过程中还需要站在实际的角度上进行深入的分析，下文对影响阀杆抗断能力的主要原因进行了深入的分析，尤其是对发生断裂现象比较多的阀杆头部进行了深入的探究。

结合相关的分析结果来看，在对阀杆的表面进行了氧化处理之后，在质量上没有产生明显的变化问题。在硬度方面虽然产生了上下浮动的现象，但是偏差现象并不是特别明显。在发生断裂现象的位置没有因为受到硬度变化而出现变形的现象，或者是因为硬度比较高形成了韧性不足的脆性断裂特征。另外，硬度的变化情况与阀杆使用的时间长短没有直接的联系，所以，硬度偏差的变化不是导致阀杆产生断裂现象的主要原因。经过调查来看，所有断裂阀杆的金属组织都是回火索氏体或者是火贝菌体，在整体组织上没有呈现出异常现象，并且其中没有杂物存在，只是其中存在一些较大的碳化物颗粒，不具备特别强的硬度。

对所有断裂阀杆的断口部门进行了全面的检查，大部分的门杆都是疲劳断口，在断口的边缘处为裂纹源，并且裂纹源在其中占据的面积非常大，这就说明阀杆的边径部门应力集中程度非常的高。再断口的边缘内部为裂纹扩展区，在这一部位明显呈现出了贝纹状的疲劳线，这就说明该区域为扩展区，并且裂纹在扩展过程中不具备连续性，在速度上比较低。

结合现场的相关调查结果来看，发生断裂的阀杆与新阀杆在结构上都为同一种形式，也就是避免阀瓣端阀杆头与阀杆的变截面处应力集中及防止与阀体内孔卡进行设计，从而造成对弧形沟槽的设计工作。

这种传统的结构设计在应用过程中也存在着一定的缺陷，具体主要体现在了以下几个方面：第一，这种结构设计在一定程度上减小了之前阀杆的有效截面，同时也就使阀杆在整体上的抗疲劳强度明显降低；第二，因为受到了阀杆本身直径的限制，所以弧形沟槽的直径很大实现明显的提升，最终对应力集中效果造成了非常严重的影响；第三，因为沟槽尺寸受到了一定的限制，这就在很大程度上增加了运行过程中的难度，导致在形状以及尺寸等方面无法满足设计要求，同时，因为表面呈现出了一定的粗糙现象，这就造成在加工过程中可能会出现刀痕问题，所以很难实现应力集中程度的提升。

针对以上提出的几点缺陷，在保证门体结构以及运行状况全部稳定的基础上，没有出现危害的影响因素。但是，当运行过程中存在异常的现象时，尤其是在工作情况突然出现了比较大的转变时，阀杆的头部可能就会因此受到比较大的冲击力，或者是在频繁冲击的基础上，导致阀杆出现了弯曲或者是变形的现象，长时间下来最终将会导致阀杆断裂现象的产生。

2、阀杆结构的优化

对于传统结构阀杆中存在的缺陷，需要在设计过程中进行逐渐的优化和完善，针对于无应力集中进行有效的设计，抗疲劳损伤的新型阀杆，其中关键的结构和形状如下图所示。

新型阀杆结构

新型阀杆结构与传统阀杆结构形状进行比较，新型阀门结构具有非常明显的优势，具体主要体现在了以下几个方面：第一，在新型阀杆当中，可以在很大程度上增加了阀杆与头部变径部位截面面积，从而使单位面积荷载明显的降低；第二，因为在新型阀杆结构中没有沟槽，这样就可以对应力集中点进行有效的消除；第三，在原来的变径处弧面基础上进行不断增加，所以可以促进加工工作的有效开展，同时也能保证所设计的尺寸以及粗糙程度可以满足实际的设计要求；第四，在新型阀杆结构当中对球形弧面垫圈进行了有效的设置，这样保护阀杆会受到弧面的应力，最终弧面会与阀瓣的阀杆孔孔壁发生相互冲撞的现象，在此基础上可以有效防止阀杆在使用过程中会出现疲劳损伤的问题。

在对以上结构进行不断改造以及优化的过程中，在需要对其他方面的改进引起足够的重视，具体主要包括了以下几个方面：第一，在进行改进的过程中，应该在最大程度上加大阀杆另外一边螺纹部门径向尺寸，同时还应该加大螺帽的整体高度，使螺帽的端阀杆销孔直径尺寸，在此基础上可以使整体的强度实现明显的提升；第二，针对于阀杆汽封沟槽、各种变径部位以及螺纹根部出现的尖角现象实现的合理控制，同时还应该对每一个部门表面所呈现出的粗糙度进行合理控制；第三，在对钢材进行选择的过程中，一定要结合实际情况对合适的钢材材料进行有效选择，对于阀杆制作形成的热处理工艺实现合理的控制，针对调试处理之后的硬度要求进行分析。最后，在对表面进行氧化处理的过程中，一定要对其中经常出现的过氧化现象实现合理控制；第四，实现对先进工具的充分利用，通过这种方式使检修效率和质量实现明显的提升。针对于间隙比较小的结构，应该直接送回加工单位进行从新调整。如果需要直接在现场进行处理的，可以在对电动工具利用的基础上对外径进行打磨，同时内径也可以用研磨棒进行打磨。

3、结语：

综上所述，导致火电厂发电机组汽轮机阀杆断裂的原因比较多，并且所呈现出的特征也具有非常明显的差异。因此，要想对发电机组汽轮机阀杆断裂问题实现有效的解决，应该对其中存在的影响因素进行全面的了解，并制定出相应的检修方案，从而采取有效的措施对故障问题实现合理解决。

参考文献：

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