一、概況

　　兩臺德國西門子三系列汽輪發(fā)電機組，型號EHNK40/56-3，兩級抽汽凝汽式機組。額定轉速6293r/min，額定功率25MW，入口壓力11.7±0.7MPa，流量207t/h，高抽壓力4.1±0.3MPa，流量112t/h，中抽壓力1.5±0.2MPa，流量38t/h。機組負荷調(diào)節(jié)是通過電子控制電液調(diào)速系統(tǒng)對高、中、低調(diào)門進行調(diào)節(jié)，以控制進汽、兩級抽汽和凝汽量達到控制負荷的目的。高壓調(diào)門結構如圖1所示。高壓調(diào)門由兩根閥桿拉動進汽橫梁提升閥錐，控制新蒸汽從兩側進入。兩臺機組自1997年投運后，發(fā)生過多次高壓調(diào)門閥桿折斷，其中2號機發(fā)生折斷情況較為嚴重。

二、故障描述

　　高調(diào)閥桿折斷故障每次發(fā)生都很突然，沒有任何預兆，操作上也無過失，表象為每次閥桿折斷時機組負荷大幅下降，操作工發(fā)覺后，重新提負荷提不上來，最后才斷定為閥桿折斷。車間對閥桿折斷原因進行過分析，但沒有找到故障根本原因，后來對發(fā)生閥桿折斷習以為常，每次發(fā)生折斷后，更換新閥桿又投入運行。

　　最近一次閥桿折斷發(fā)生在2009年3月，當時2號機組負荷突然由21MW甩至1.76MW，甩負荷前刻，蒸汽管網(wǎng)平穩(wěn)正常，無任何波動，主操也沒有進行任何操作。2號機閥桿折斷多發(fā)生在北側，折斷部位多數(shù)在圖示部位，但也有一次發(fā)生在南側閥桿頭部，如圖2、圖3、圖4。

三、原因分析

　　從歷次閥桿折斷情況來看，只有2009年的那次故障，2號機在發(fā)生故障前的中午檢查到現(xiàn)場高調(diào)有大幅振動，負荷波動較大。當時不認為是閥桿故障的前兆，待振動穩(wěn)定后操作工繼續(xù)提負荷運行，2h后便發(fā)生閥桿折斷故障。其實每次閥桿折斷并非都沒有預兆，而是因為中控離機房較遠，班組人員除每2h一次的巡檢外機房平時沒有人，即使現(xiàn)場發(fā)生高調(diào)激烈振動也不會被監(jiān)測到。另一方面，高調(diào)發(fā)生異常，2h后便發(fā)生閥桿折斷，說明閥桿折斷故障從發(fā)生異常到折斷時間很短，所以歷次折斷時總不容易被發(fā)現(xiàn)。

　　結合2號機最近兩次高調(diào)閥桿折斷的情況，2號機問題已比較嚴重，不能簡單更換閥桿了事，否則閥桿折斷會更頻繁。根據(jù)折斷結果分析，南側閥桿頭部一次折斷脫落，一次嚴重磨損，說明進汽橫梁南端同閥桿裝配面已松動，在汽流作用下，進汽橫梁高速顫動打擊閥桿頭部臺階，致使臺階損傷，前一次閥桿材料較脆，所以在頭部折斷，后一次材料較韌，所以頭部臺階磨損變矮。北側閥桿中上部折斷也同南端裝配面直接相關。

　　若南側閥桿和進汽橫梁裝配松動，北側裝配緊密，進汽橫梁在高速汽流沖擊下，南端上下顫動，不斷打擊上下裝配面，故南端閥桿頭部近兩次都損傷，恰和分析一致。北端由于裝配緊密，如同一體，則進汽橫梁上下顫動直接表現(xiàn)為北側閥桿在填料函根部處的左右顫動，最終致使閥桿在填料函根部處疲勞斷裂。

　　對于1號、2號機投運以來均發(fā)生過多起北側閥桿折斷，可從其結構上去研究。參照前示圖1，進汽橫梁提升后，五個閥錐依次從南向北按2-4-1-5-3順序開啟，從而保障機組負荷的線性關系。這樣，不管進汽橫梁提升到哪一位置，都沒有兩側閥錐同時開啟一樣大的情況，因此必然造成兩側進汽不均勻，進汽大的一側，汽流必然越過橫梁分流至另一側的進汽孔，從而使橫梁受到?jīng)_擊交變應力作用，這些應力通過橫梁作用于閥桿，最終造成閥桿疲勞斷裂。從歷次折斷斷口來看，斷口平齊，明顯是疲勞斷裂。

　　另一方面，從閥錐打開順序分析，南側的進汽，任何時候都比北側大，故南側閥桿在汽流沖擊下容易發(fā)生松動磨損(圖4)，而北側閥桿每次都是疲勞折斷。由此可見，高壓調(diào)門結構存在設計不合理因素，是造成閥桿折斷的根本原因。只要這一原因存在，總是表現(xiàn)為南側閥桿裝配面容易磨損、松動或頭部脫落，而北側閥桿總是在填料函根部處疲勞折斷。2009年3月底，西門子北京總部派人員到現(xiàn)場了解情況，確認了該機型調(diào)門設計存在先天不足。

四、預防及改進措施

　　1.建議改進橫梁閥錐結構橫梁提升后，兩側進汽閥錐依次打開，最后才是中間閥錐打開，那么進汽汽流就均勻從橫梁兩側進入，避免單側沖擊造成閥桿交變應力疲勞而斷裂。但這一措施要經(jīng)過嚴格設計，否則負荷難以控制。

　　2.注意兩側相關性檢查發(fā)生北側閥桿折斷后，要檢查南側閥桿裝配面是否已磨損，若已磨損則說明進汽橫梁南端裝配面已損壞，必須修復后才能重新更換閥桿，否則閥桿壽命將越來越短，造成不必要的損失。

五、驗證和效果

　　2009年5月，2號機組解體大修，閥桿、進汽橫梁均得以抽出檢查。檢查發(fā)現(xiàn)，進汽橫梁南端裝配面已點蝕變矮，南側閥桿已松動，閥桿頭部損傷已變矮。北側閥桿雖未折斷，但也持續(xù)不了多久，見圖5、圖6所示，這和上面的推斷完全吻合。

　　本次大修，裝配面得到修復并更換閥桿，現(xiàn)已正常運行，效果良好，高調(diào)閥桿沒有出現(xiàn)問題。但出于慎重，閥錐結構本次未做任何改動，高調(diào)閥桿折斷根本原因依然存在，但是，經(jīng)過論證和驗證，高調(diào)閥桿折斷原因得到確認，即使再發(fā)生類似故障，也可有的放矢地修復，而不是簡單更換閥桿了事。