一种汽轮机高压缸排汽止回阀卡涩的故障分析及处理

张学富

摘要：结合高排逆止门的故障处理，对有驱动机构的高排逆止门的结构、工作原理进行说明，记录阀门故障现象、处理过程，并对故障的原因及处理方法进行分析总结，为同类型阀门检修及故障分析及处理提供参考。

关键词：高排逆止门;卡涩；故障处理

0 引言

汽轮机排汽止回阀是汽轮机的重要阀门之一，抽汽止回阀的动作可靠与否，直接影响着汽轮机组的运行安全。本文从某百万二次再热超超临界煤燃煤汽轮机高压缸排汽止回阀（以下简称“高排逆止门”）实际故障处理出发，分析一种带气动驱动机构的排汽止回阀卡涩的原因分析，并总结处理过程并对安装检修注意事项提供借鉴。

1 高排逆止门结构及工作原理

1.1 阀门结构

图1 高排逆止门结构

阀门主要由驱动轴（含轴端密封）、阀轴和阀板（阀板通过键与销固定在阀轴上并与阀轴同步转动）、滑动轴承、过渡环和配套的执行机构构成，执行机构与驱动轴通过键槽相固定，同步转动。因配套的执行机构与本次故障分析无关，因此略去执行机构的表示。阀门主要结构如图1的双向视图所示。

1.2阀门开关的工作原理

驱动轴在过渡环处通过联轴结构与阀轴连接（联轴结构见图2），其中驱动轴（阀轴端侧面）加工出160°的V型钝角凹面，而阀轴（驱动轴侧面）加工出一个90°V型直角凸面。V型凹、凸面角度差为70°，二者嵌入组合成为联轴结构。

（1）阀门开启。在正常关位置时，驱动轴与阀轴“关面”贴合；开阀时驱动轴可在执行机构驱动下旋转90°（图2逆时针方向），其中：驱动轴先转过70°角空行程与阀轴“开面”贴合，然后可再转过20°，带动阀轴同步开启阀板20°，这样可以保证小流量下阀门开启，增加汽机内蒸汽流动排出，减小鼓风热量。待汽轮机正常进汽运行后，阀门开启角度超过规定值，驱动轴按指令再关回20°，此时阀板处于自由状态，阀板的开度完全由汽流决定。

（2）阀门关闭。当汽轮机汽缸不再进汽时，阀板因无蒸汽顶升可靠自身重力自由落下。同时，在接到“关指令”后，气动执行机构带动驱动轴回转70°，驱动轴与阀轴“关面”接触，为阀门关闭（或快速关闭）提供辅助力。

图2正常关位置--阀门联轴结构处配合图

（3）阀板活动总行程

经实际校核测量，阀板在全关位置围绕阀轴摆动到“机械限位”的极限开位置时，总活动角度为70°，即该阀门全开全关时行程为70°。这说明正常运行时，执行机构由开90°向关方向转回20°后，阀板在阀门中仍具备“全开”条件。

2高排逆止门故障的发现

汽轮机冲转前进行系统检查，在关闭该汽缸主汽调门、开启该气缸所在的旁路阀后，高温蒸汽由旁路阀经管道进入到该高排逆止门后方，观察发现门前（正常运行时介质流入的上游方向为前）的高压缸排汽口温度升高（见图3）。

图3旁路开启后高排温度升高

这一现象说明高排逆止门不严密，高温蒸汽由阀后经由阀门进入了阀前，导致阀前温度升高。

考虑阀门为新装，且试操作时阀门动作正常无卡涩，从结构上分析原因为阀门气动头装配错误，致使阀门的阀板无法与阀座贴合。

为进一步判断故障，维修人员将气动执行机构由原水平安装位置向“关”方向调转了45°，因周围管道限制，气动执行机构无法再转动。调整气动执行机构后，再关闭汽缸汽门、开启对应的旁路阀后，该高排逆止门前温度不再上涨。

汽轮机运行一段时间后，经历了一次滑参数停机。在停机后，该高排逆止门全开信号开关量反馈为1，开度反馈显示为60%，就地查该阀的机械指示，确认阀门出现卡涩而未关到位。检修人员就地持续敲振，阀门缓慢到达全关位。

3高排逆止门的故障处理

为彻底检查并处理故障，维修人员对阀门进行了解体。该阀门解体后，发现过渡环处的驱动轴与阀轴在圆周方向变形较严重，且过渡环内部（与轴联的轴结构接触）磨损较为严重。（见图4、5、6）。

图4 驱动轴开面变形情况

图5阀轴开面变形情况

图6过渡环磨损情况

经测量，过渡环内部磨损深度最大为1mm，因材料特殊暂无法找到替代件，经厂家工程师确认，将过渡环内直径车削2mm后回装使用；将阀轴、驱动轴联轴结构变形处修磨平整，将滑动轴承内表面痕迹用砂纸抛光后，进行回装。

将阀板及阀轴与滑动轴承组装后，未装阀盖前，用手拉葫芦活动阀板，检查确认阀板可升起并自由回落，验证阀轴与滑动轴承无卡涩后，回装驱动轴，执行机构，试运阀门动作正常，回装阀盖。

阀门整体组装完成后再进行了试运，阀门重新投入使用。

4高排逆止门故障原因总结分析

4.1出厂装配措施

阀门出厂“关位置”装配错误。正常“关位置”时，驱动轴与阀轴应在关面位置贴合，但错装为“开面”贴合（见图7“故障关位置”示意）。

图7正常/故障关位置-阀门联轴结构处配合图

错装使驱动轴通过阀轴将阀板顶起一定小角度，这成为阀门无法关闭严密的直接原因，在该错装状态下，驱动轴与阀轴开启时同步转动。

此时气动执行机构在接到开启指令后，按计划可旋转

90°，但因阀板转动70°后即到机械限位，在阀板到达机械限位后，驱动轴仍继续以4350Nm的扭矩，持续提供驱动力，造成过渡环处的联轴结构在“开面”挤压变形，最终与过渡环产生动静摩擦，这一动静碰磨，是引起阀门卡涩无法关闭的根本原因。

4.2缺陷处理的不彻底处理引发的后续故障

阀门气动执行机构调转45°后，阀门全关时，驱动轴无法与阀轴在“关面”接触（见图8），因此无法为阀门关闭严密提供辅助力；阀板的自重又不足以克服联轴结构处的变形产生的摩擦阻力，因此阀门无法快速全关，在外力敲振后阀板才得以缓慢关闭。调试期处理该逆止阀关闭不严密的缺陷时，受制于管道布置，气动执行机调转角度未达到理想的90°，导致阀门辅助关闭力不足，是阀门卡涩无法快速关闭的又一直接原因。

图8 气动执行机构调整45°联轴结构处配合图（关位置）

4 结论

对于阀门的故障处理，要从阀门的结构出发，分析故障原因并进行处理。在进行故障处理过程中，要对故障一次性处理完成，才可防止遗留缺陷对设备的运行继续产生不良影响。

对于带执行机构的高排逆止门，执行机构出厂安装位置是否正确、对阀门的预压紧力是否足够、执行机构开启后门板活动是否正确，是有驱动逆止门的现场试验验收的关键控制点。

对于有执行机构驱动的逆止门，要通过装前检查、装后调试、系统试运分析，多步骤保证阀门的工作性能良好、动作可靠，并对发现的问题及时处理，才能保证重要阀门的运行正常，以免影响汽轮发电机组的运行安全。

参考文献

[1]ADAMS 高排逆止门结构图纸SCV212088-11-D0A01.2017.03.01