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危急保安系统隔膜阀故障分析及防范措施

1 隔膜阀的结构及运行原理
汽轮机采用数字电液控制系统,其中液动隔膜阀(以下简称隔膜阀)是联系控制油保安油路与润滑油危急遮断油路的关键部件,当手动打闸或者主机超速、润滑油系统危急遮断油泄去时,隔膜阀上部油压随之泄去,阀杆迅速上移,使控制系统保安油与回油连通而泄压,自动主汽门及调节汽门快速关闭,机组停机。
隔膜阀为FISHER产品,由加拿大生产。其主要部件为阀头(上阀盖、膜片、下阀盖、弹簧托盘、弹簧)、阀杆、调整螺母和阀体。膜片的额定工作压力为0.69~0.75 MPa,膜片上部建立油压后,膜片向下运动,在克服弹簧弹力的同时推动阀杆下移,使阀门关闭;膜片上部失去压力时弹簧反弹带动阀杆上移,阀门迅速打开。
2 故障现象
(1)阀盖密封面泄漏。隔膜阀阀头由上、下阀盖及膜片用螺栓紧固组成,上阀盖与膜片之间的腔室内引入主机润滑油系统危急遮断油,此密封面自机组投产后持续发生泄漏,多次处理效果不佳。
(2)膜片破裂造成油压消失,隔膜阀打开。隔膜阀膜片破裂,润滑油流至高温管道,只得停机更换新膜片。事后检查发现膜片与弹簧托盘接触的部位有一个直径3 mm的穿孔。
3 原因分析
(1)调整油压的调整门(用于泄压)为针型阀,由于受震动等因素的影响,运行中会逐渐关闭,导致油压缓慢上升,如调整不及时,就使膜片在0.80~0.85 MPa超压下运行,加速了膜片的损坏。另外主机在做超速试验时,转数升至3 300 r/min左右,由于调整不及时,隔膜阀油压曾经升高到0.9 MPa,造成短时超压。
(2) 上下阀盖密封面设计宽度偏小。检查发现,泄漏膜片的有效密封宽度(挤压变形部分)整体小于5 mm,最窄处仅2 mm。
(3) 上下阀盖板材厚度仅5 mm,按上阀盖有效直径240 mm、油压0.8 MPa计算,承受压力约为36 170 N,阀盖板材受力变形,上下阀盖的密封平面产生内张口,使密封面进一步变窄,泄漏加剧。
(4)膜片安装工艺不合理。检修人员不熟悉隔膜阀的结构原理,在安装新膜片时,未采取松开调整螺母使弹簧失去作用力的措施,而是在隔膜阀打开的状态下进行。由于弹簧托盘处于高位,膜片与上阀盖接触,却与下阀盖存在20 mm的间隙。为了让三者紧固在一起,必须用长杆螺栓强行连接(目的是克服弹簧的弹力),此时膜片的螺栓孔受到拉扯变形,容易导致损伤,并且其螺栓孔的位置相对于阀盖的螺栓孔向内侧偏移并变为椭圆,密封面变窄,密封效果变差。
(5) 膜片的胶质部分存在气泡,内部有分层现象,而检修人员在更换前检查不细,未能及时发现,安装后遗留下故障隐患。
(6)膜片意外损伤。存放、安装过程中未妥善保护膜片,膜片接触腐蚀性液体或者与工具、零部件(比如弹簧托盘存在凸起的边角)的尖锐部分碰撞、挤压,损伤、划伤膜片表面,未能及时处理,造成泄漏隐患。
4 防范措施
(1) 杜绝膜片超压运行。运行人员应加强监视,发现油压超标应立即通知检修人员校验压力表。在 确认油压升高后,应缓慢旋关调整门,将压力稳定在额定范围内。特别要注意在机组升速以及主机超速试验中,派专人负责就地监视油压并及时调整。
(2)改造上下阀盖。经过论证和实验,在保持控制油系统保安油压不变和不影响隔膜阀特性的情况下,模仿原零件设计形式新加工阀盖,将厚度增加到10 mm,密封面宽度向内扩展增加到10 mm。此项措施分别于2003,2004年在1,2号机上实施,效果良好,至今未发生泄漏。
(3)完善膜片安装工艺。更换膜片前,首先测量、记录调整螺母的外露尺寸,将其向下旋出,使弹簧自由、弹簧托盘处于最低位置。此刻安装膜片,不再有间隙存在,可以对称均匀地紧固螺栓。安装完毕后,将调整螺母向上旋进至原来位置。
(4)仔细验货,杜绝使用不合格产品。膜片要妥善保管存放;安装过程中要注意不使膜片受到碰撞、划伤;注意检查上阀盖、弹簧托盘,消除毛刺,保持接触部位光滑。通过上述处理后,隔膜阀运行良好,确保了主设备的长期安全运行。

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