劉永民，韋淦馨

（廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363）

1 概述

某電廠1、2號(hào)機(jī)組系上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N1000-26.25/600/600型西門(mén)子超超臨界1000MW機(jī)組，其高、中壓缸共有9個(gè)氣門(mén)（高主、高調(diào)氣門(mén)各2個(gè)，中主、中調(diào)氣門(mén)各2個(gè)，補(bǔ)汽閥1個(gè)），分別由安裝于氣門(mén)的碟片彈簧式油動(dòng)機(jī)控制。

2 油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

西門(mén)子1000MW機(jī)組的碟片彈簧式油動(dòng)機(jī)通過(guò)EH油系統(tǒng)的高壓油開(kāi)啟，依靠彈簧力關(guān)閉。當(dāng)高壓油作用在油缸的活塞上，克服彈簧力的作用，將油動(dòng)機(jī)打開(kāi)。當(dāng)高壓油卸載后，蝶形彈簧迅速釋放彈力，在0.3秒內(nèi)快速關(guān)閉氣門(mén)。其特點(diǎn)如下：

2.1 油動(dòng)機(jī)彈簧采用蝶形彈簧（如圖1所示）

蝶形彈簧具有負(fù)荷重、所需空間小、組合使用方便、維修換裝容易、經(jīng)濟(jì)、安全性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

西門(mén)子1000MW機(jī)組油動(dòng)機(jī)蝶形彈簧生產(chǎn)廠為德國(guó)Mubea，材質(zhì)為50CrV4（國(guó)內(nèi)牌號(hào)50CrVA），采用具有壓縮行程與蝶形彈簧的數(shù)量成倍數(shù)正比特點(diǎn)的反向堆疊法的組合。

圖1 油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2 蝶形彈簧有一定的預(yù)壓縮量

油動(dòng)機(jī)在全關(guān)位置時(shí)，彈簧有一定的預(yù)壓縮量，提供預(yù)壓力，保證汽輪機(jī)氣門(mén)的嚴(yán)密性。

2.3 油動(dòng)機(jī)為直裝式

油動(dòng)機(jī)直接安裝在閥門(mén)上，蝶形彈簧腔室位于氣門(mén)與油動(dòng)機(jī)中間，可以起隔熱的作用。

3 故障現(xiàn)象

該廠1、2號(hào)機(jī)組利用大修機(jī)會(huì)，對(duì)油動(dòng)機(jī)進(jìn)行返廠大修，發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組2號(hào)高調(diào)閥；2號(hào)機(jī)組1號(hào)高調(diào)閥、2號(hào)中調(diào)閥油動(dòng)機(jī)蝶形彈簧均存在不同程度的破裂情況，且具有如下共同特點(diǎn)：

(1)在機(jī)組正常運(yùn)行中，油動(dòng)機(jī)振動(dòng)大，且有明顯異音。

(2)破裂的蝶形彈簧均存在不同程度的銹蝕，且存在明顯油跡。

(3)蝶形彈簧裂紋均為徑向裂紋（如圖2所示）。

圖2 蝶形彈簧破裂圖

(4)破裂的蝶形彈簧發(fā)生在彈簧腔室前部，即與活塞缸相連部位。

(5)裂紋斷口主要程輪胎花樣的疲勞裂紋。

4 原因分析

4.1 蝶形彈簧銹蝕嚴(yán)重，疲勞壽命縮短

隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，氣門(mén)門(mén)桿漏氣隨汽封套磨損而不斷增大，大量的高溫蒸汽進(jìn)入油動(dòng)機(jī)彈簧腔室。防腐表層損壞的蝶形彈簧在潮濕的空氣中，表面形成一層薄水膜。這層水膜的存在，導(dǎo)致彈簧表面產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。但腐蝕的產(chǎn)物是疏松的鐵的氧化物的水合物，其不能隔絕鋼與氧、水的繼續(xù)接觸，因此在潮濕空氣中，腐蝕將不斷地繼續(xù)發(fā)展。如此繼續(xù)發(fā)展，將使蝶形彈簧強(qiáng)度不斷下降，從而導(dǎo)致蝶形彈簧疲勞壽命快速下降，提前出現(xiàn)破裂。

4.2 油動(dòng)機(jī)安裝工藝不良，蝶形彈簧產(chǎn)生多軸疲勞

油動(dòng)機(jī)在安裝過(guò)程中，油動(dòng)機(jī)活塞桿與閥桿的同心度一旦超標(biāo)過(guò)大，油動(dòng)機(jī)在工作中，受壓縮的蝶形彈簧產(chǎn)生拉拉、彎扭等附加彎矩。隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，油動(dòng)機(jī)蝶形彈簧易產(chǎn)生多軸疲勞破裂。同時(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)碟片彈簧斷口呈輪胎花樣分析，是一種擦傷的疲勞裂紋痕跡，疲勞裂紋形成后，裂紋面的兩側(cè)有規(guī)律的反復(fù)張合，相對(duì)于面上的棱角或硬的夾雜物使斷口擦傷。

4.3 蝶形彈簧受EH油腐蝕，疲勞壽命縮短

EH油動(dòng)機(jī)活塞桿密封主要依靠O型圈及密封圈密封。隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，密封圈的磨損加大，密封性能下降，活塞缸內(nèi)的高壓油將沿著活塞桿滲出，從而進(jìn)入彈簧腔室。EH油具有強(qiáng)烈的腐蝕性，當(dāng)彈簧油漆失效，EH油快速腐蝕彈簧，致使彈簧的疲勞壽命迅速下降，引發(fā)彈簧破裂。

4.4 蝶形彈簧疲勞斷裂

高調(diào)閥屬于調(diào)節(jié)閥，隨不同負(fù)荷處于不同開(kāi)度，故高調(diào)閥油動(dòng)機(jī)開(kāi)度一直處于變化中，其蝶形彈簧長(zhǎng)期在交變、沖擊和突變的載荷作用下工作，故蝶形彈簧容易產(chǎn)生疲勞斷裂。

4.5 蝶形彈簧含有夾雜物。

蝶形彈簧鋼對(duì)潔凈度要求極其嚴(yán)格，其性能與鋼中的非金屬夾雜物的特性與含量緊密相關(guān)。一旦在生產(chǎn)過(guò)程中控制不嚴(yán)，彈簧內(nèi)的夾雜物將使其使用強(qiáng)度和疲勞壽命嚴(yán)重下降。

綜上分析，油動(dòng)機(jī)蝶形彈簧破裂的主要原因?yàn)闅忾T(mén)門(mén)桿漏氣大、EH油動(dòng)機(jī)活塞桿滲油、現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝不良等多種因素共同作用，致使油動(dòng)機(jī)蝶形彈簧疲勞壽命縮短，最終導(dǎo)致彈簧破裂。

5 處理及預(yù)防措施

5.1 缺陷處理

鑒于油動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的重要部件，直接關(guān)系汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的控制，而且蝶形彈簧在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，直接關(guān)系到汽輪機(jī)超速問(wèn)題，故利用大修機(jī)會(huì)，對(duì)油動(dòng)機(jī)蝶形彈簧進(jìn)行如下處理：

(1)更換所有破裂的蝶形彈簧。

(2)對(duì)所有蝶形彈簧進(jìn)行全部著色檢查，排除存在的隱性裂紋。

(3)對(duì)蝶形彈簧防腐層破損處進(jìn)行修復(fù)。

(4)嚴(yán)格執(zhí)行西門(mén)子制定產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能試驗(yàn)測(cè)試規(guī)范。油動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)（耐壓試驗(yàn)、彈簧力F1、彈簧力F2、摩擦力F、開(kāi)關(guān)時(shí)間、快關(guān)延時(shí)時(shí)間、快關(guān)時(shí)間等）達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方能驗(yàn)收出廠。

5.2 預(yù)防措施

為防止油動(dòng)機(jī)蝶形彈簧破裂情況再次發(fā)生，有效延長(zhǎng)其使用壽命，可從如下幾方面進(jìn)行預(yù)防：

(1)加強(qiáng)對(duì)氣門(mén)門(mén)桿漏氣的監(jiān)測(cè)。對(duì)日常巡檢，每天對(duì)氣門(mén)門(mén)桿漏氣監(jiān)測(cè)1次。同時(shí)可對(duì)門(mén)桿漏氣進(jìn)行優(yōu)化，將門(mén)桿漏氣引入軸加風(fēng)機(jī)入口或者凝汽器，從而有效防止蒸汽進(jìn)入彈簧腔室。

(2)建立油動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)臺(tái)賬。在機(jī)組啟?；蛘＿\(yùn)行時(shí)，對(duì)油動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查油動(dòng)機(jī)活塞桿是否存在漏油、彈簧腔室是否存在滴水或滴油等異常，錄入監(jiān)測(cè)臺(tái)賬。

(3)減少氣門(mén)活動(dòng)性試驗(yàn)。因?yàn)樵跈C(jī)組閥門(mén)活動(dòng)性試驗(yàn)時(shí)，在油動(dòng)機(jī)彈簧關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生非常大撞擊力，使得蝶形彈簧容易產(chǎn)生裂紋。

(4)合理選擇油動(dòng)機(jī)檢修單位。目前油動(dòng)機(jī)檢修單位水平良莠不齊，故在選擇檢修單位時(shí)，應(yīng)對(duì)其業(yè)績(jī)、口碑等進(jìn)行深入了解，該檢修單位是否具有一套完善的油動(dòng)機(jī)裝配、廠內(nèi)產(chǎn)品測(cè)試、驗(yàn)收測(cè)試、油動(dòng)機(jī)－閥門(mén)聯(lián)調(diào)測(cè)試及質(zhì)量保證體系。在檢修過(guò)程中能否完全執(zhí)行西門(mén)子制定的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能試驗(yàn)測(cè)試規(guī)范。

(5)提高現(xiàn)場(chǎng)油動(dòng)機(jī)安裝工藝。在安裝油動(dòng)機(jī)時(shí)，確保油動(dòng)機(jī)端聯(lián)軸器與氣門(mén)端聯(lián)軸器平行度≤0.03mm，保證油動(dòng)機(jī)活塞桿與氣門(mén)門(mén)桿中心差≤0.03mm，從而有效減少蝶形彈簧產(chǎn)生多軸疲勞。

(6)做好蝶形彈簧備件。由于蝶形彈簧生產(chǎn)商為德國(guó)Mubea，其產(chǎn)品質(zhì)量有一定保證，但備件采購(gòu)周期長(zhǎng)，故為能夠快速滿足檢修要求，可采購(gòu)一定數(shù)量的蝶形彈簧作為緊急備件。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著西門(mén)子超超臨界1000MW機(jī)組油動(dòng)機(jī)運(yùn)行年限的增多，其蝶形彈簧破裂問(wèn)題會(huì)逐漸增加，這一問(wèn)題應(yīng)引起重視。如果能及時(shí)有效的對(duì)異常現(xiàn)象進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查、分析，并制定有效的處理及預(yù)防措施，可有效防止不安全事件的發(fā)生，以確保機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。