渠秋播

摘 要 文章针对300MW火力发电厂的汽轮机高压主汽门阀杆断裂现象进行了研究。该汽轮机型号为330N-16.67/538/538，其高压主汽门阀杆出现一定的断裂情况，经过金相宏观检查、化学成分检测、金相微观分析以及力学性能检测等检测手段，排除是由于高压主汽门阀杆本身的材料以及力学性能等方面的影响。结合高压主汽门阀杆的自身结构以及阀杆在實际情况中的受力状态，经过进一步的分析能够判断出高压主汽门阀杆断裂是由于高压主汽门阀杆根部的机械加工产生尖角，而尖角又引发一定的应力集中现象，再加上在实际情况下，高压主汽门阀杆处于长期低频振动的运动状态导致的。文章提出了高压主汽门阀杆根部进行表面氮化处理的针对性的建议。

关键词 火力发电厂;汽轮机;高压调节汽门;阀杆

对于汽轮机来说，其高压主汽门是其核心的装置之一，主要的作用是进行有效的切断，从而实现汽轮机的进汽以及停机的操作，并对汽轮机进行一定的保护。高压主汽门是汽轮机防止超速的关键保护装置，高压主汽门阀杆的动力主要是依靠压力油的控制来实现一定的快速关闭以及开启，一般的关闭时间都比较短。如果缺少了高压主汽门阀杆，一旦汽轮机出现超速现象，甚至可能导致出现汽轮机的轴系断裂现象，直接导致汽轮机报废，造成严重的生命以及财产损失。本文同时提出了高压主汽门阀杆根部进行表面的氮化处理等针对性的建议[1]。

1机组的情况介绍

水泵式汽轮机主要用于在燃煤电站中拖动给水泵为锅炉供水。以往给水泵式汽轮机均为50%额定容量配置，单机功率小且互为冗余。该机组的运行状况直接关系整个电站的运行，机组可靠性和稳定性要求十分高。本发电公司是从上海汽轮机厂引进技术生产的330N-16.67/538/538型汽轮机。

2汽轮机高压主汽门阀杆的外观检查

汽轮机高压主汽门阀杆的断裂的断口表现为一定的锥形，而且表面出现严重的氧化现象，说明断口已经存在较长的时间。断裂的位置基本处于32mm以及43mm的杆部相结合尖角处，尤其是较多规则排列的周向条状裂纹存在于32mm以及43mm的杆部的过渡台阶上，经过一定的表面打磨处理，裂纹更加明显[2]。

3微观金相分析

我们将断裂的高汽轮机高压主汽门阀杆进行一定的处理，并标出取样的位置，经过切割等获取一定尺寸的条状试样，对该试样进行一定的处理进而开展一定的金相分析。对于试样的制备要首先进行不同型号的砂纸打磨，然后用抛光机进行一定的机械抛光，出现镜面效果之后再进行腐蚀，腐蚀的溶液选择氯化铁盐酸溶液。腐蚀后通过金相显微镜进行一定的微观组织观察，如下图所示是汽轮机高压主汽门阀杆的显微组织。从中我们可以发现取样点处存在着一定的周向裂纹，而且在周向裂纹上又存在着一些周向的平行条状裂纹，其裂纹深度大约0.2mm～0.35mm，而且在裂缝中又发现了一定量的白色腐蚀产物，这就表明了这些裂纹存在较长的一段时间了。从微观组织中并没有发现一定的沿晶界扩展的裂纹，这能够基本排除不合理的热处理所引发的回火脆性现象。汽轮机高压主汽门阀杆的远离断口的位置存在较多的马氏体微观组织，而且组织处于正常状态[3]。

4汽轮机高压主汽门阀杆的断裂原因分析

一般来说汽轮机高压主汽门阀杆的断裂的原因可能是多种情况，而且其断裂的表现特征也比较杂乱。通过对汽轮机高压主汽门阀杆的分析，基本排除了其化学材质以及力学性能的原因，然后结合汽轮机高压主汽门阀杆的实际运行状态以及阀门的汽室结构，我们推断出汽轮机高压主汽门阀杆断裂的原因可能有如下几点：

4.1 汽轮机高压主汽门阀杆的结构应力集中

由于汽轮机高压主汽门阀杆的根部存在一定的机械加工螺纹，而且这一螺纹的直径基本等同于阀杆的尺寸，由于在机械加工过程中螺纹的根部存在着严重的加工尖角，在此次导致了明显的应力集中现象，这可能是汽轮机高压主汽门阀杆这一部位断裂的原因之一[4]。

4.2 长期低频振动

众所周知，当前使用电网的因素较多，导致其负荷的变动比较杂乱，因而就使得高压调节汽门出现高频率的启动以及关闭，这就导致了一种交变负荷的效果， 而螺纹尖角处的应力集中导致了阀杆材料的表面发生局部的滑移现象，局部的滑移可以说就是一种疲劳裂纹源。由于负荷的变动就会导致一定的循环载荷，在这种循环载荷的变化作用下，局部的滑移所形成的裂源会继续发展，从而逐步地扩展为显微裂纹。

4.3 氮化处理

一般来说高压调节汽门阀杆的表面必须要经过一定的氮化处理，制造厂家在对高压调节汽门阀杆的表面进行氮化处理的目的主要是为了提高阀杆的耐磨性能以及整体抗疲劳性能。但是氮化处理实际上是对整个阀杆表面开展的，没有充分地考虑阀杆根部丝扣处的螺纹尖角所引发的应力集中，将引起较大的脆性问题。所以说如果机组处于低负荷下，那么阀杆由于发生振动从而导致此处容易发生断裂现象[5]。

5结束语

综上所述：一般来说，汽轮机高压主汽门阀杆故障的原因较多，而且具有不同的表现的症状，单一的原因的分析较简单，但是要是一种组合原因，那么对其进行分析就较为困难。因此，对于对主汽门故障原因需要做到及时科学的分析，制订检修计划、准备材料备品提供充分的依据。

参考文献

[1] 陈继民，安洪坤.亚临界600MW机组高压主汽门操纵座改造研究[J].中国电业（技术版），2014，（4）：43-45.

[2] 吕鹏飞.高压主汽门关闭不到位的原因与处理[J].电力安全技术，2010，（3）：43-44.

[3] 郭忠贵，毛钦森，杨雅儒.汽轮机高压主汽门控制油泄漏故障处理[J].内蒙古电力技术，2009，（3）：52-53.

[4] 王学成，汪勇刚，卢练响.沪产亚临界600MW机组高压主汽门阀座裂纹的分析及阀座更换处理[J].电力技术，2010，19（11）：65-70.

[5] 张文强，张耀宇.300MW汽轮机高压主汽门卡涩原因分析[J].华电技术，2011，33（7）：10-11.