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电站阀门面临的四大技术性问题
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衡量阀门质量有以下几个指标:密封可靠性、动作响应能力、强度、刚度及寿命等,将阀门作为整个热力设备系统中的基本单元考虑,又存在流固耦合振动和振动控制的要求。要保证这些指标,首先需要解决如下几个主要问题。

1. 控制(决定阀门动作的可靠性)

主汽阀和再热汽阀的控制系统故障是汽轮机五大事故之一,主要表现在开度与设计不符,包括传动机构失灵、行程超前、滞后,这些影响到阀门的强度和振动。阀门的开度控制直接影响到汽机的工作状况,因此受到高度重视,已成为研究的核心问题之一。

近年来,在研究阀门的可靠性方面,智能型阀门是研究的主攻方向,智能型阀门具有自行判断工况,并实时地进行自我调节的功能。智能型阀门中的关键部件是数字定位器,数字定位器用微处理器使阀门的执行器准确定位,监视和记录阀门的有关数据。

2. 强度(应满足寿命、刚性要求)

机组的频繁启动对阀门强度及阀门使用寿命的影响尤为突出,特别是用调节阀调速的汽轮机,以往研究的重点放在阀门的控制问题上,现在看来强度问题也不容忽视。《powerengineering》杂志副主编carolanngiovando撰写文章强调科研工作者不应把全部的注意力都集中在控制问题上,应注意加强对阀门强度、寿命、密封性的研究,因为它们是阀门工作最基本的条件。

(1)由于机组的频繁启动,原来的主汽阀有可能不能满足新的运行要求。因为一般的主蒸汽阀门是按基本负荷设计的,设计过程中只按静压、温度、蠕变考核其强度,不存在低周疲劳寿命问题。现在工况变化了,原设计就不一定满足要求。为此,设计过程中有必要考虑低周疲劳寿命设计,使设计工况与运行工况相一致,以达到延长寿命的目的。

(2)由于执行机构行程控制的不准确性,阀芯对阀座产生冲击载荷。有电厂曾经出现过阀座碎裂,裂块被冲进汽机,造成汽轮机出力急剧下降,转子严重受损的故障。

另外,对于高压阀门等,还有气蚀现象、阀体的原始铸造缺陷、阀体出现裂纹后的寿命分析与预测等课题都值得进一步研究。

3 .振动

阀门开度变化、执行机构的动态性能不佳和阀体存在泄漏都是产生振动的原因,振动对阀门本身伤害很小,但对整个机组影响很大,表现在产生低频振荡。

机组的低频振荡分为两种:一种是油膜振荡,这是机组在升速或空载运行中,由支撑轴承的油膜产生的;另一种是蒸汽振荡,它比油膜振荡复杂,在蒸汽激振力作用下振动,常在机组带负荷后发生。阀门开度变化和泄漏是产生蒸汽振荡的重要原因。有资料表明,美国和德国都发生过蒸汽振荡毁机事故,我国也发生过50mw和200mw汽轮机的毁机事故,由于当时缺少实时的数据记录,所以故障原因不能确定,但怀疑与两种低频振荡有关。由此可见,消除和减小蒸汽振荡非常重要,这要依赖于对阀门开度变化和对由泄漏所产生的激振力做系统的研究。通过合理的设计阀门开闭行程,可以减小蒸汽振荡的几率。

4. 泄漏(内漏和外漏)

(1)泄漏不仅是产生振动的原因,而且外漏还会造成污染,内漏还会造成能量损失。解决泄漏问题,在一定程度上可以避免系统发生振动,同时也可延长设备的寿命,提高效率。

(2)超临界机组的高压阀门寿命有时很短,启动几次就要更换填料。研究新的密封填料或设计新的有效密封形式,对于延长这类高压阀门的寿命,提高运行可靠性是必须的。-

目前,阀门的成套水平不断提高,只有很好地解决以上几个问题,才能保证阀门的综合性能和较好的整体质量。

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