汽輪機葉片損壞事故及預(yù)防

李永明

摘要：我廠為2×200MW和2×300MW 的四臺超高壓汽輪機組,由于平時在啟停工況的培訓工作搞得好,經(jīng)驗豐富,使汽輪機本體得到了良好的維護，尤其是葉片得到了完整的保護，葉片的完整性對于汽輪機的經(jīng)濟性和安全性具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：汽車機；葉片

中間再熱式汽輪機，參數(shù)高、容量大、汽缸數(shù)目多，又有內(nèi)外缸之分，因此汽缸和轉(zhuǎn)子的膨脹關(guān)系比較復(fù)雜。汽輪機通流部分的磨損，一般發(fā)生在機組啟、停和工況變化時，產(chǎn)生磨損的主要原因是：汽缸與轉(zhuǎn)子不均勻加熱和冷卻；啟動與運行方式不合理；保溫質(zhì)量不良及法蘭螺栓加熱裝置使用不當?shù)?。動靜部分在軸向和徑向磨損的原因，往往很難絕對分開，但仍然有所區(qū)別。在軸向方面，沿通流方向各級的汽缸與轉(zhuǎn)子的溫差并非一致，因而熱膨脹也不同。在啟動、停機和變工況運行時，轉(zhuǎn)子與汽缸膨脹差超過極限數(shù)值，使軸向間隙消失，便造成動靜部分磨損，在消失的時候，便產(chǎn)生汽封與轉(zhuǎn)子摩擦，同時又不可避免地使轉(zhuǎn)子彎曲，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)。另外，機組振動大和汽封套變形都會引起徑向摩擦。通流部分磨損事故的征象和處理如下：轉(zhuǎn)子與汽缸的相對脹差表指示超過極值或上下缸溫差超過允許值，機組發(fā)生異常振動，這時即可確認為動靜部分發(fā)生碰磨，應(yīng)立即破壞真空緊急停機。停機后，如果脹差及汽缸各部溫差達到正常值，方可重新啟動。啟動時要注意監(jiān)視脹差和溫度的變化，注意聽音和監(jiān)視機組的振動。如果停機過程轉(zhuǎn)子惰走時間明顯縮短，甚至盤車啟動不起來，或得盤車裝置運行時有明顯的金屬摩擦聲，說明動靜部分磨損嚴重，要揭缸檢修。

1 常見葉片事故發(fā)生時的征象、原因及預(yù)防措施。

葉片斷落的征象 汽輪機在運行中發(fā)生葉片斷落一般有下列現(xiàn)象： 汽輪機內(nèi)部或凝汽器內(nèi)有突然的響聲，此時在汽輪機平臺底層?？汕宄芈牭?。機組發(fā)生強烈振動或振動明顯增大，這是由于葉片斷落而引起轉(zhuǎn)子平衡破壞或轉(zhuǎn)與落葉片發(fā)生碰撞摩擦所致。但有時葉片的斷落發(fā)生在轉(zhuǎn)子的中間級，發(fā)生動靜部分摩擦時，機組就不一定會發(fā)生強烈振動或振動明顯增大，這在容量較大機組的高、中壓轉(zhuǎn)子上有時會遇到。當葉片損壞較多而且較嚴重時，由于通流部分尺寸改變，蒸汽流量、調(diào)速汽閥開度監(jiān)視級壓力等與功率的關(guān)系部將發(fā)生變化。若葉片落入凝汽器，則會交凝汽器的銅管打壞，使循環(huán)水漏入凝結(jié)水中，從而表現(xiàn)為凝結(jié)水硬度和導電度突增。若機組抽汽部位葉片斷落，則葉片可能進入抽汽管道，使抽汽止回閥卡澀，或進加入熱器使管子損壞，導致水位升高。停機過程中，聽到機內(nèi)有金屬摩擦聲，惰走時間減少。 在停機蔌升速過程中越過臨界轉(zhuǎn)速時，機組振動有明顯的增大或變化。

2 葉片損壞的原因：

2.1 葉片本身的原因 ，振動特性不合格。由于葉片頻率不合格，運行時產(chǎn)生共振而損壞者，在汽輪機葉片事故中為數(shù)不少。如果擾動力很大，甚至運行幾個小時后即能發(fā)生事故。這個時間的長短，還和振動特性、材料性能以及葉片結(jié)構(gòu)、制造加工質(zhì)量等有關(guān)。設(shè)計不當。葉片設(shè)計應(yīng)力過高或柵結(jié)構(gòu)不合理，以及振動強調(diào)特性不合格等，均會導致葉片損壞。個別機組葉片甚薄，若鉚釘應(yīng)力較大，則鉚裝圍帶時容易產(chǎn)生裂紋。葉片鉚頭和圍帶湯裂事故發(fā)生的情況也不在少數(shù)。 材質(zhì)不良或錯用材料。材療饑械性能差，金屬組織有缺陷或有夾渣、裂紋等，葉片經(jīng)過長期運行后材料疲勞性能及衰減性能變差，或因腐蝕沖刷機械性能降低，這些都導致葉片損壞。加工工藝不良。加工工藝不嚴格，例如表面粗糙度不好，留有加工刀痕，扭轉(zhuǎn)葉片的接刀處不當，圍帶鉚釘孔或拉金孔處無倒角或倒角不夠或尺寸不準確等，能引起應(yīng)力集中，從而導致葉片損壞。 有時低壓級葉片為了防止水蝕而采用防護措施，當此措施的工藝不良時能使葉片損壞。 國內(nèi)由于焊接拉金或圍帶安裝工藝不良引起的葉片事故較多，應(yīng)引起重視。

2．2 運行方面的原因，偏離額定頻率運行。汽輪機葉片的振動特性都是按運行頻率為50HZ設(shè)計的，因此電網(wǎng)頻率降低時，可能使機組葉片的共振安全率變化而落入共振動狀態(tài)下運行，使葉片加速壞和斷裂。過負荷運行。一般機組過負荷運行時各級葉片應(yīng)力增大，特別是最后幾級葉片，葉片應(yīng)力隨蒸汽流量的增大而成正比增大外，還隨該幾級焓隆的增加而增大。因此機組過荷運行時，應(yīng)進行詳細的熱力和強度核算。汽溫過低。新蒸汽溫度降低時，帶來兩種危害：一是最后幾級葉片處濕度過大，葉片受沖蝕，截而減小，應(yīng)力集中，從而引起葉片的損壞；二是當汽溫降低而出力不降低時，流量熱必增加，從而引起葉片的過負荷，這同何況能引起葉片損壞。蒸汽品質(zhì)不良。蒸汽品質(zhì)不良會使葉片結(jié)垢，造成葉片損壞。葉片結(jié)垢使通道減小，造成級焓降增加，葉片應(yīng)力增大。另外結(jié)垢也容易引起葉片腐蝕，使強度降低。真空過高或過低。真空過高時，可能使末級葉片過負荷和濕度增大，加速葉片的水蝕，容易引起葉片的損壞。另外，真空過低仍維持最大出力不變時，也可能使最后幾級過負荷而引起葉片損壞。水沖擊。運行時汽輪機進水的可能性很多，特別是近代大容量再熱機組，由于汽水系統(tǒng)相應(yīng)復(fù)雜，汽輪機進水的可能性更有所增加，蒸汽與水一起進入汽輪機，產(chǎn)生水擊和汽缸等部件不規(guī)則冷卻和變形，造成動靜部件碰磨，使葉片受到嚴重損壞。

3 葉片事故原因的分析：

引起葉片事故的原因，常常是很復(fù)雜的，主要從以下幾個方面進行考慮： 檢查葉片損壞情況。事故發(fā)生后，應(yīng)首先檢查事故的范圍和情況，并作好記錄，然后檢查斷落位置及斷面特征，初步分析事故的原因。分析運行及檢修資料。檢查葉片事故發(fā)生前的運行工況有無異常，如運行參數(shù)是否正常，有無超載超速及低頻率運行，有無葉片結(jié)垢、腐蝕、水刷等情況。查看檢修資料，檢查動靜間隙是否符合標準，有無重大改進和改造等，對運行和檢修資料進行全面細致的分析。防止葉片斷裂事故的措施，汽輪機運行事故中，因葉片損壞而造成事故的比重很大。

隨著單機容量的增大，運行系統(tǒng)的操作更加復(fù)雜，因此葉片損壞事故并未減少。特別是大容量機組，發(fā)生水擊而損壞葉片的事故更是常見。防止葉片損壞事故極為重要，除制造廠在設(shè)計和制造方面應(yīng)更合理，更完善以外，運行部門還應(yīng)從運行和檢修等方面著手，共同采取措施，防止葉片斷裂和損壞事故在運行管理，特別是電網(wǎng)頻率的管理方面，應(yīng)采取以下措施：電網(wǎng)應(yīng)保持在定額頻率和正常允許變動范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。根據(jù)葉片損壞事故的分析統(tǒng)計，電網(wǎng)頻率偏離正常值是造成葉片斷裂的主要原因，因此對頻率的管理極為重要；避免機組過負荷運行，特別是防止既是低頻率運行又是過負荷運行。對于機組的提高出力運行，必須事先對機組進行熱力計算和對主要部件進行強度核算，并確認強度允許后才可，否則是不允許的；加強運行中的監(jiān)視。機組起停和正常運行時，必須加強對各運行參數(shù)(例如汽壓、汽溫、出力、真空等)的監(jiān)視，運行中不允許這些參數(shù)劇烈波動。嚴格執(zhí)行規(guī)章制度，起停必須合理，防止動靜部件在運行中發(fā)生摩擦。近年來，大容量機組不斷增加，由于運行和起停操作復(fù)雜，這些機組發(fā)生水擊而損壞葉片的情況為數(shù)不少。另外，由于大機組末幾級使用長葉片，水蝕也是一個威脅；加強汽水品質(zhì)監(jiān)督，防上葉片結(jié)垢、腐蝕；經(jīng)常傾聽機內(nèi)聲音，檢查振動情況的變化，分析各級汽壓數(shù)值和凝結(jié)水水質(zhì)情況若出現(xiàn)斷葉征象，如通流部分發(fā)生可疑響聲，機組出現(xiàn)異常振動，在負荷不變或相對減小情況下中間級汽壓升高或凝結(jié)水硬度升高，導電度突然增大等，應(yīng)及時處理，避免事故擴大；停機后加強對主汽閥嚴密性的檢查，防止汽水漏入汽缸。停機時間較長的機組，包括為消除缺陷安排的工期較長的停機，應(yīng)認真做好保養(yǎng)工作，防止通流部分銹蝕損壞。采取以上措施將能幫助我們把葉片的斷事故控制在最小程度，從而提高汽輪機運行的安全性和經(jīng)濟性。