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高压主汽门阀杆断裂原因浅析【摘要】浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司1号机组左侧高压主汽门在做全行程活动试验过程中阀杆断裂。通过分析阀杆材质、断口形状、受力情况等初步找出了主汽阀阀杆断裂的原因。【关键词】高压主汽阀；阀杆；断裂1设备简介浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司（下简称滨海热电）汽轮机组为某汽轮机厂生产的300MW亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排气、抽汽冷凝式汽轮机机组型号为C280/N300-16.7/538/538。主蒸汽进入布置于高中压合缸两侧与基础固定联结的两个高压主汽调节联合阀由6个调节阀（每边3个）经6根高压挠性导汽管按一定的顺序从高中压外缸的上半和下半通过钟形套筒分别进入高压缸的6个喷嘴室。滨海热电一号机组自2011年6月28日投入商业运行以来共计开、停机12次主汽门全行程活动试验3次松动试验22次。滨海热电一号机组于2012年11月22日至2013年1月9日经过首次检查性大修当时主汽门检查并未发现异常。2故障情况依据汽轮机厂和《二十五项反措》要求滨海热电运行人员于2015年4月17日13：21进行一号机机组定期汽门活动性试验在做左侧主汽门松动试验过程中当其开度从75%上升到80%时机组负荷从180MW突降至135MW调节级压力从7.15MPa突降至5.15MPa所有6个调门全开此时运行人员手动干预机组负荷有所回升但只维持在172MW左右。10分钟后汽机专业人员发现左侧主汽门温度出现持续下降初步判断左侧汽门阀芯已脱落。为进一步确认CRT上单独全开全关左侧主汽门发现机组负荷基本没有变化。停机解体左侧主汽门发现主汽门阀杆断裂、阀芯脱落。3原因分析3.1阀杆材料分析汽轮机厂家提供的设计图纸表明高压主汽阀阀杆材料为C422即2Cr12NiMo1W1V。2Cr12NiMo1W1V钢是强化的12%Cr型马氏体耐热不锈钢其合金元素Cr、W、Mo含量略高国标GB/T8732-2004要求的化学成分见表1所示所要求的机械性能标准如表2所示。为增加表面硬度除30°角表面其余部位皆进行了渗氮处理。表1阀杆的化学成分元素CSiMnPSNiCrMoWVCu含量0.20-0.25≤0.500.50-1.00≤0.030≤0.0250.50-1.0011.0-12.50.90-1.250.90-1.250.20-0.30≤0.30表2阀杆材料的机械性能标准机械性能抗拉强度屈服强度冲击功硬度断后伸长率断面收缩率≥930Mpa≥760Mpa11J277-311HBW12%32%3.2断口宏观分析阀杆断裂的断口位于阀杆的变径处如图1所示。断口宏观形貌如图2所示断口具有如下宏观特征：（1）阀杆断裂的部位出现在阀杆变径处是应力集中部位见图1的（b）所示。（2）阀杆断面呈粗糙颗粒状无明显塑性变形属于典型的脆性断裂。且断面无明显的疲劳源、贝纹线依据上述特征判断：疲劳断裂的可能性较小。（3）断面整体呈圆台侧边状说明裂纹扩展基本上是沿着连接大小直径的连接面扩展在该连接面上裂纹扩展速率最快。因此可以认为这种断裂主要是阀杆变径的结构设计存在一定的缺陷造成的这种设计缺陷使得大小直径连接面（即图1（b）中的约45°斜面位置）成为裂纹最容易扩展的路径。（4）断面外延大直径处断口高低起伏不平从大直径向小直径的约1/3处断面逐渐开始均匀推测裂纹从小直径处向大直径处发生单向扩展。（5）阀杆断面进内壁处有一圈明显较为光滑可能是由于在加工过程中精度不够造成小直径处有刻槽导致缺口敏感性增加初步判断裂纹在该部位起源。从上述分析可以初步推断：断口发生在阀杆最薄弱的截面属于典型的脆性断裂无明显的疲劳迹象发生断裂与瞬时应力状态密切相关。图1断裂后的阀杆（a）整体形貌；（b）断裂位置图2阀杆断口宏观形貌（a）阀杆大头断面；（b）阀杆小头断面3.3预启阀弹簧及弹簧座机械损伤情况分析检查发现预启阀弹簧与弹簧座均发生了较严重的机械损伤如图3各照片中的各个箭头所示。从磨损位置分析可知在安装过程中弹簧与弹簧座装配不正导致弹簧的轴线与阀杆的轴线不在一条直线上。弹簧下端面局部起初卡在弹簧座上端面局部位置使得图3（a）中的箭头2和图3（c）中的箭头4处出现较严重的磨损；当弹簧下端面磨损到一定程度或由于该位置由于应力集中发生局部破碎使得该位置弹簧下移弹簧下端内侧面（箭头1）接触到弹簧座侧面（即箭