一、概況

　　兩臺德國西門子三系列汽輪發電機組，型號EHNK40/56-3，兩級抽汽凝汽式機組。額定轉速6293r/min，額定功率25MW，入口壓力11.7±0.7MPa，流量207t/h，高抽壓力4.1±0.3MPa，流量112t/h，中抽壓力1.5±0.2MPa，流量38t/h。機組負荷調節是通過電子控制電液調速系統對高、中、低調門進行調節，以控制進汽、兩級抽汽和凝汽量達到控制負荷的目的。高壓調門結構如圖1所示。高壓調門由兩根閥桿拉動進汽橫梁提升閥錐，控制新蒸汽從兩側進入。兩臺機組自1997年投運后，發生過多次高壓調門閥桿折斷，其中2號機發生折斷情況較為嚴重。

二、故障描述

　　高調閥桿折斷故障每次發生都很突然，沒有任何預兆，操作上也無過失，表象為每次閥桿折斷時機組負荷大幅下降，操作工發覺后，重新提負荷提不上來，最后才斷定為閥桿折斷。車間對閥桿折斷原因進行過分析，但沒有找到故障根本原因，后來對發生閥桿折斷習以為常，每次發生折斷后，更換新閥桿又投入運行。

　　最近一次閥桿折斷發生在2009年3月，當時2號機組負荷突然由21MW甩至1.76MW，甩負荷前刻，蒸汽管網平穩正常，無任何波動，主操也沒有進行任何操作。2號機閥桿折斷多發生在北側，折斷部位多數在圖示部位，但也有一次發生在南側閥桿頭部，如圖2、圖3、圖4。

三、原因分析

　　從歷次閥桿折斷情況來看，只有2009年的那次故障，2號機在發生故障前的中午檢查到現場高調有大幅振動，負荷波動較大。當時不認為是閥桿故障的前兆，待振動穩定后操作工繼續提負荷運行，2h后便發生閥桿折斷故障。其實每次閥桿折斷并非都沒有預兆，而是因為中控離機房較遠，班組人員除每2h一次的巡檢外機房平時沒有人，即使現場發生高調激烈振動也不會被監測到。另一方面，高調發生異常，2h后便發生閥桿折斷，說明閥桿折斷故障從發生異常到折斷時間很短，所以歷次折斷時總不容易被發現。

　　結合2號機最近兩次高調閥桿折斷的情況，2號機問題已比較嚴重，不能簡單更換閥桿了事，否則閥桿折斷會更頻繁。根據折斷結果分析，南側閥桿頭部一次折斷脫落，一次嚴重磨損，說明進汽橫梁南端同閥桿裝配面已松動，在汽流作用下，進汽橫梁高速顫動打擊閥桿頭部臺階，致使臺階損傷，前一次閥桿材料較脆，所以在頭部折斷，后一次材料較韌，所以頭部臺階磨損變矮。北側閥桿中上部折斷也同南端裝配面直接相關。

　　若南側閥桿和進汽橫梁裝配松動，北側裝配緊密，進汽橫梁在高速汽流沖擊下，南端上下顫動，不斷打擊上下裝配面，故南端閥桿頭部近兩次都損傷，恰和分析一致。北端由于裝配緊密，如同一體，則進汽橫梁上下顫動直接表現為北側閥桿在填料函根部處的左右顫動，最終致使閥桿在填料函根部處疲勞斷裂。

　　對于1號、2號機投運以來均發生過多起北側閥桿折斷，可從其結構上去研究。參照前示圖1，進汽橫梁提升后，五個閥錐依次從南向北按2-4-1-5-3順序開啟，從而保障機組負荷的線性關系。這樣，不管進汽橫梁提升到哪一位置，都沒有兩側閥錐同時開啟一樣大的情況，因此必然造成兩側進汽不均勻，進汽大的一側，汽流必然越過橫梁分流至另一側的進汽孔，從而使橫梁受到沖擊交變應力作用，這些應力通過橫梁作用于閥桿，最終造成閥桿疲勞斷裂。從歷次折斷斷口來看，斷口平齊，明顯是疲勞斷裂。

　　另一方面，從閥錐打開順序分析，南側的進汽，任何時候都比北側大，故南側閥桿在汽流沖擊下容易發生松動磨損(圖4)，而北側閥桿每次都是疲勞折斷。由此可見，高壓調門結構存在設計不合理因素，是造成閥桿折斷的根本原因。只要這一原因存在，總是表現為南側閥桿裝配面容易磨損、松動或頭部脫落，而北側閥桿總是在填料函根部處疲勞折斷。2009年3月底，西門子北京總部派人員到現場了解情況，確認了該機型調門設計存在先天不足。

四、預防及改進措施

　　1.建議改進橫梁閥錐結構橫梁提升后，兩側進汽閥錐依次打開，最后才是中間閥錐打開，那么進汽汽流就均勻從橫梁兩側進入，避免單側沖擊造成閥桿交變應力疲勞而斷裂。但這一措施要經過嚴格設計，否則負荷難以控制。

　　2.注意兩側相關性檢查發生北側閥桿折斷后，要檢查南側閥桿裝配面是否已磨損，若已磨損則說明進汽橫梁南端裝配面已損壞，必須修復后才能重新更換閥桿，否則閥桿壽命將越來越短，造成不必要的損失。

五、驗證和效果

　　2009年5月，2號機組解體大修，閥桿、進汽橫梁均得以抽出檢查。檢查發現，進汽橫梁南端裝配面已點蝕變矮，南側閥桿已松動，閥桿頭部損傷已變矮。北側閥桿雖未折斷，但也持續不了多久，見圖5、圖6所示，這和上面的推斷完全吻合。

　　本次大修，裝配面得到修復并更換閥桿，現已正常運行，效果良好，高調閥桿沒有出現問題。但出于慎重，閥錐結構本次未做任何改動，高調閥桿折斷根本原因依然存在，但是，經過論證和驗證，高調閥桿折斷原因得到確認，即使再發生類似故障，也可有的放矢地修復，而不是簡單更換閥桿了事。