電站閥門面臨的技術(shù)問題解析

衡量閥門質(zhì)量有以下幾個指標(biāo)：密封可靠性、動作響應(yīng)能力、強度、剛度及壽命等，將閥門作為整個熱力設(shè)備系統(tǒng)中的基本單元考慮，又存在流固耦合振動和振動控制的要求。要保證這些指標(biāo)，首先需要解決如下幾個主要問題。

    1　控制（決定閥門動作的可靠性）

    主汽閥和再熱汽閥的控制系統(tǒng)故障是汽輪機五大事故之一，主要表現(xiàn)在閥門開度與設(shè)計不符，包括傳動機構(gòu)失靈、行程超前、滯后，這些影響到閥門的強度和振動。閥門的開度控制直接影響到汽機的工作狀況，因此受到高度重視，已成為研究的核心問題之一。

    近年來，在研究閥門的可靠性方面，智能型閥門是研究的主攻方向，智能型閥門具有自行判斷工況，并實時地進行自我調(diào)節(jié)的功能。智能型閥門中的關(guān)鍵部件是數(shù)字定位器，數(shù)字定位器用微處理器使閥門的執(zhí)行器準(zhǔn)確定位，監(jiān)視和記錄閥門的有關(guān)數(shù)據(jù)。

    2　強度（應(yīng)滿足壽命、剛性要求）

    機組的頻繁啟動對閥門強度及閥門使用壽命的影響尤為突出，特別是用調(diào)節(jié)閥調(diào)速的汽輪機，以往研究的重點放在閥門的控制問題上，現(xiàn)在看來強度問題也不容忽視。《power engineering》雜志副主編carolann giovando撰寫文章強調(diào)科研工作者不應(yīng)把全部的注意力都集中在控制問題上，應(yīng)注意加強對閥門強度、壽命、密封性的研究，因為它們是閥門工作最基本的條件。

    （1）由于機組的頻繁啟動，原來的主汽閥有可能不能滿足新的運行要求。因為一般的主蒸汽閥門是按基本負荷設(shè)計的，設(shè)計過程中只按靜壓、溫度、蠕變考核其強度，不存在低周疲勞壽命問題。現(xiàn)在工況變化了，原設(shè)計就不一定滿足要求。為此，設(shè)計過程中有必要考慮低周疲勞壽命設(shè)計，使設(shè)計工況與運行工況相一致，以達到延長壽命的目的。

    （2）由于執(zhí)行機構(gòu)行程控制的不準(zhǔn)確性，閥芯對閥座產(chǎn)生沖擊載荷。有電廠曾經(jīng)出現(xiàn)過閥座碎裂，裂塊被沖進汽機，造成汽輪機出力急劇下降，轉(zhuǎn)子嚴重受損的故障。

    另外，對于高壓閥門等，還有氣蝕現(xiàn)象、閥體的原始鑄造缺陷、閥體出現(xiàn)裂紋后的壽命分析與預(yù)測等課題都值得進一步研究。

    3　振動

    閥門開度變化、執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)性能不佳和閥體存在泄漏都是產(chǎn)生振動的原因，振動對閥門本身傷害很小，但對整個機組影響很大，表現(xiàn)在產(chǎn)生低頻振蕩。
    機組的低頻振蕩分為兩種：一種是油膜振蕩，這是機組在升速或空載運行中，由支撐軸承的油膜產(chǎn)生的；另一種是蒸汽振蕩，它比油膜振蕩復(fù)雜，在蒸汽激振力作用下振動，常在機組帶負荷后發(fā)生。閥門開度變化和泄漏是產(chǎn)生蒸汽振蕩的重要原因。有資料表明，美國和德國都發(fā)生過蒸汽振蕩毀機事故，我國也發(fā)生過50 mw和200 mw汽輪機的毀機事故，由于當(dāng)時缺少實時的數(shù)據(jù)記錄，所以故障原因不能確定，但懷疑與兩種低頻振蕩有關(guān)。由此可見，消除和減小蒸汽振蕩非常重要，這要依賴于對閥門開度變化和對由泄漏所產(chǎn)生的激振力做系統(tǒng)的研究。通過合理的設(shè)計閥門開閉行程，可以減小蒸汽振蕩的幾率。

    4　泄漏（內(nèi)漏和外漏）

    （1）泄漏不僅是產(chǎn)生振動的原因，而且外漏還會造成污染，內(nèi)漏還會造成能量損失。解決泄漏問題，在一定程度上可以避免系統(tǒng)發(fā)生振動，同時也可延長設(shè)備的壽命，提高效率。

    （2）超臨界機組的高壓閥門壽命有時很短，啟動幾次就要更換填料。研究新的密封填料或設(shè)計新的有效密封形式，對于延長這類高壓閥門的壽命，提高運行可靠性是必須的。-

    目前，閥門的成套水平不斷提高，只有很好地解決以上幾個問題，才能保證閥門的綜合性能和較好的整體質(zhì)量。