CN109958480A - 国产650mw核电汽轮机主调阀内漏改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电汽轮机的高压主调阀设计制造和内漏处理技术领域，具体涉及一种国产650MW核电汽轮机主调阀内漏改进方法，目的在于找出导致主调阀内漏的末端因素，并进行针对性改进。其特征在于：它包括减小阀门的卸载比、改进阀座密封型线、改进密封环和定位环设计和消音器增加密封环的步骤。本发明进行的以上改进运用于同类型新核电项目后，主调阀密封良好，机组能够稳定在1100r/min平台暖机，说明采取的技术改进是卓有成效的，对同类型机组汽轮机主调阀的设计制造具有一定的借鉴意义。

Description

国产650MW核电汽轮机主调阀内漏改进方法

技术领域

本发明属于核电汽轮机的高压主调阀设计制造和内漏处理技术领域，具体涉及一种国产650MW核电汽轮机主调阀内漏改进方法。

背景技术

秦山第二核电厂的汽轮机主调阀是立式调节阀，用于调节进入汽轮机的蒸汽流量，从而控制汽轮机的转速和功率。主调阀分为执行机构和阀门本体两大部分，二者通过M42×3螺纹连接，并配有防转销防止阀杆与执行机构脱开。高压EH油进入油动机后，经过伺服阀进入活塞缸下腔，驱动活塞杆向上运动，执行机构在活塞杆的驱动下克服弹簧压力，带动阀芯上升，露出阀笼消音器的小孔(孔径φ6.4mm)区域，蒸汽通过小孔进入汽轮机内做功。阀芯的开度越大，露出的小孔数量就越多，蒸汽流量也就越大，使汽轮机功率提升。当需要关闭阀门时，通过伺服阀将油动机活塞下腔的EH油压卸去，阀芯在弹簧压力作用下落在阀体密封面上，阀门关闭。

秦山第二核电厂3号机组于2010年初首次进行非核蒸汽冲转，机组挂闸后汽轮机转速迅速上升至1100r/min以上，无法满足机组的暖机要求，被迫打闸以防止转速继续上升，后经试验证实在未给主调阀开指令的情况下转速汽轮机最高升至1600r/min以上，说明主调阀内漏严重。随后进行了一系列分析、检查与试验工作，包括有主调阀执行机构冷态下的自由度检查、阀芯与阀座密封线检查与研磨、油动机空行程检查、改变弹簧压缩量试验、热态下的阀门位移检查、油压与开度试验等多项处理措施，但主调阀的内漏依然没有明显改善，机组启动时采取多次打闸降速的方式使汽轮机转速保持在1100～1400r/min之间进行暖机。4号机组的工程进度较3号机组晚1年，但主调阀同样存在内漏问题，并且现象基本一致。

主调阀在关闭状态下的蒸汽内漏途径，主要通过阀座密封面和阀芯密封环。主调阀阀芯是一个圆柱形筒体，筒体下端面边缘加工成SR357.28mm的圆弧面，阀座上堆焊一层约6mm厚的司太立合金，其表面加工成R124圆角，阀芯圆弧面与阀座R124圆角形成一圈密封线。阀芯需要上下动作，为防止卡涩，阀芯外圈与阀笼内圈之间留有1.17～1.27mm的直径间隙，阀芯上装有2道密封环阻止蒸汽从该间隙泄漏。密封环为带开口圆环，材料为GH2136，具有较强的耐磨性和回复性，受热膨胀后与阀笼内壁贴合。但密封环毕竟属于金属硬密封，并且阀芯是运动部件，所以密封环通常有一定的泄漏量。为使阀芯具有一定的自对中性，阀芯与阀杆连接部位为球面接触，阀芯上部圆周均部4个定位钮，从而限制阀芯倾斜。历次的机组启动现象表明，主调阀冷态下的初始密封性是好的，即主汽阀刚开启而主调阀还没有开指令的时候漏汽量很小，但主调阀一旦开启受热后再关闭，则漏汽量明显增大，并且通过现场听音检查确认阀门下部(即阀座密封处)汽流声明显，说明漏汽主要发生在阀座密封处。经过积极组织制造厂和专业院所分析研究，同时参考国内外汽轮机主调阀的设计制造经验，认为主调阀内漏的原因主要有以下几点：(1)阀门的卸载比较大，机组启动时蒸汽给阀碟向下的压力偏小，导致阀门热态下密封比压不足；(2)阀座密封型线设计不够先进，阀座密封面为R124圆弧形，与阀芯SR357.28mm的圆弧面配合稳定性差；(3)密封环与定位环结构设计不合理，由于原设计阀门密封线采用圆弧面密封，通过定位钮点限位，阀芯在蒸汽扰动下，密封型线容易发生偏移，实际密封接触线变成椭圆形，导致接触不佳；(4)阀座和消音器之间缺少密封设计，消音器下部间隙进汽对阀碟汽流干扰。

发明内容

本发明的目的在于找出导致主调阀内漏的末端因素，并进行针对性改进。

本发明是这样实现的：

(1)减小阀门的卸载比。阀门卸载比为阀笼内径与密封线直径比值的平方，卸载比越大，表示蒸汽对阀芯上下两方向的作用面积越接近，蒸汽对阀芯向下的压力也越小。现有主调阀的卸载比为99％，蒸汽对阀芯产生的向下压力约1.23T，改进后的主调阀保持密封线直径不变，减小衬套内径至473.8mm，阀门卸载比减小至95.56％，蒸汽作用力增大至6.36T，有效提升了密封比压。(2)改进阀座密封型线。改进后的主调阀阀座由原R124的圆角改为60°锥面，原球面对球面的密封形式变为球面对锥面，提升了阀芯自对中的稳定性。(3)改进密封环和定位环设计。改进后的主调阀由四点定位钮方式改为整圈圆形定位环方式，同时将密封环尽量靠近阀笼的上部，有效增加了定位功能及自位调整功能。(4)消音器增加密封环。改进后的主调阀在消音器与阀座“U”型槽之间新增一道密封环，以减少该区域蒸汽泄漏量，同时增加了消音器与阀体之间的阻尼，减少了消音器振动产生的风险。

本发明的有益效果是：

本发明进行的以上改进运用于同类型新核电项目后，主调阀密封良好，机组能够稳定在1100r/min平台暖机，说明采取的技术改进是卓有成效的，对同类型机组汽轮机主调阀的设计制造具有一定的借鉴意义。

附图说明

图1是改进前的主调阀密封面示意图；

图2是改进后的主调阀密封面示意图；

图3是改进前的主调阀密封环安装位置示意图；

图4是改进后的主调阀密封环安装位置示意图；

图5是改进前的主调阀消音器与阀座安装位置示意图；

图6是改进后的主调阀消音器与阀座安装位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

(1)减小卸载比

阀门卸载比为阀笼衬套内径与密封线直径比值的平方。卸载比越大，表示蒸汽对阀芯上下两方向的作用面积越接近，蒸汽对阀芯向下的压力也越小。下表是各型主调阀卸载比参数表：

从上表可以看出，秦山项目的主调阀卸载比最大，蒸汽压力最小。改进后的主调阀保持密封线直径484.7mm不变，减小了衬套内径(由482.6mm减小至473.8mm)，相应减小了阀门的卸载比(99％减小至95.56％)，增大了蒸汽压力(由1.23T增大至6.36T)，保证了阀门关闭状态下的密封比压。

(2)改进密封面型线

附图1是原主调阀密封面示意图，其阀芯圆弧面与阀座R124圆角形成一圈密封线。附图2是改进后的主调阀密封面示意图，其阀座密封面采用60°锥面密封形式，在蒸汽扰动下，不易发生偏移，也就保证了阀门密封线的连续性。

(3)改进密封环和定位环

从附图3可以看出，原主调阀的2道密封环安装在阀芯中部，4颗定位钮安装在阀芯偏上部，通过4个点使阀芯定位，密封环的抗干扰能力以及阀芯的防倾斜能力较差。新主调阀采用定位环周向定位方式(见附图4)，整圈定位没有盲点，能够有效的限制阀芯的倾斜，并且密封环更靠近阀芯的上部，以增加其定位功能及自位调整功能。

(4)消音器增加密封环

原主调阀消音器套在阀座凸台上，内圈配合直径间隙为0.48～0.58mm，外圈间隙较大，无配合要求，见附图5。为了减少消音器与阀座之间的振动影响，新主调阀在消音器与阀座“U”型槽之间新增一道密封环(见附图6)，以减少该区域蒸汽泄漏量，同时增加了消音器与阀体之间的阻尼，减少了消音器振动产生的风险。

上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (1)

1.一种国产650MW核电汽轮机主调阀内漏改进方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一：减小阀门的卸载比；阀门卸载比为阀笼内径与密封线直径比值的平方，卸载比越大，表示蒸汽对阀芯上下两方向的作用面积越接近，蒸汽对阀芯向下的压力也越小；现有主调阀的卸载比为99％，蒸汽对阀芯产生的向下压力约1.23T，改进后的主调阀保持密封线直径不变，减小衬套内径至473.8mm，阀门卸载比减小至95.56％，蒸汽作用力增大至6.36T，有效提升了密封比压；

步骤二：改进阀座密封型线；改进后的主调阀阀座由原R124的圆角改为60°锥面，原球面对球面的密封形式变为球面对锥面，提升了阀芯自对中的稳定性；

步骤三：改进密封环和定位环设计；改进后的主调阀由四点定位钮方式改为整圈圆形定位环方式，同时将密封环尽量靠近阀笼的上部，有效增加了定位功能及自位调整功能；

步骤四：消音器增加密封环；改进后的主调阀在消音器与阀座“U”型槽之间新增一道密封环，以减少该区域蒸汽泄漏量，同时增加了消音器与阀体之间的阻尼，减少了消音器振动产生的风险。