600 MW火電機(jī)組低壓缸次末級(jí)葉片裝配工藝改進(jìn)

劉海昌，于曉龍，李衛(wèi)軍

（1.浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722；2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

某電廠4臺(tái)600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組是由哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CLN600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽、凝汽式汽輪機(jī)組。低壓缸葉片共7級(jí)，全部為自帶圍帶葉片，其中第1-5級(jí)動(dòng)葉片為型鋼銑制而成，第6級(jí)為模鍛毛坯拋磨而成，采用反動(dòng)式結(jié)構(gòu)的匹配方式，其中前4級(jí)葉根采用成熟的加強(qiáng)型樅樹(shù)形葉根，5級(jí)和6級(jí)的結(jié)構(gòu)為哈汽廠亞臨界600 MW汽輪機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。機(jī)組自2006年相繼投產(chǎn)后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

1 故障分析

2010年9月15日18∶28，電廠3號(hào)機(jī)組4-7號(hào)瓦軸振發(fā)生突變。對(duì)機(jī)組振動(dòng)突變前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)振動(dòng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組的振動(dòng)變化特征如下：

（1）機(jī)組在振動(dòng)突變前后的振動(dòng)變化量和機(jī)組沖轉(zhuǎn)至3000 r/min時(shí)的振動(dòng)變化量基本相同；而且振動(dòng)突變是在瞬間發(fā)生，變化前后的振動(dòng)值的主頻為一倍頻。這表明3號(hào)機(jī)組振動(dòng)突變與機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)有關(guān)，轉(zhuǎn)子上葉片斷裂或活動(dòng)部件脫落的可能性較大。

（2）4-7號(hào)瓦的振動(dòng)變化量見(jiàn)表1，5號(hào)瓦、6號(hào)瓦振動(dòng)變化最大，其次是4號(hào)瓦、7號(hào)瓦；5號(hào)瓦X和Y向的振動(dòng)變化量為75 μm∠119°和45 μm∠280°；6號(hào)瓦X和Y向的振動(dòng)變化量為47 μm∠347°和 40 μm∠126°，表明振動(dòng)的突變與LPII轉(zhuǎn)子上葉片斷裂或活動(dòng)部件脫落有關(guān)。

（3）5號(hào)、6號(hào)瓦的X向和Y向振動(dòng)的變化量均為反相。只有5號(hào)瓦在過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)有所增大，增大量約為20 μm，其余各瓦過(guò)臨界時(shí)的振動(dòng)基本不變，說(shuō)明引起振動(dòng)變化的脫落部件不可能在轉(zhuǎn)子中部，而是在低壓轉(zhuǎn)子LPII的兩端。

根據(jù)以上現(xiàn)象判斷，3號(hào)機(jī)組振動(dòng)突變的原因可能為：LPII轉(zhuǎn)子靠近5號(hào)瓦（即調(diào)端）處有葉片脫落，根據(jù)生產(chǎn)廠家說(shuō)明書(shū)，低壓轉(zhuǎn)子次末級(jí)葉片脫落的可能性較大。

解體后發(fā)現(xiàn)LPII轉(zhuǎn)子正向次末級(jí)第55片葉片靠近葉頂處斷裂，如圖1所示。分析認(rèn)為斷裂原因主要是設(shè)計(jì)、制造及裝配存在問(wèn)題。

圖1 葉片斷裂處及斷裂的葉片

2 葉片斷裂原因分析

（2）仔細(xì)分析葉片材料，金相組織、化學(xué)成分均符合要求，力學(xué)性能除延伸率略低外，其他均符合要求。2010年3月曾發(fā)生4號(hào)機(jī)反向第21片葉片斷裂，分析認(rèn)為葉片的延伸率略低也是導(dǎo)致葉片斷裂的原因之一。

（3）經(jīng)核對(duì)，葉片各部分加工尺寸均符合圖紙要求。

（4）葉片出汽側(cè)頂部與圍帶過(guò)渡處存在R4的圓弧過(guò)渡，而起裂部位基本處于R4圓弧過(guò)渡的中部，該部位在結(jié)構(gòu)上應(yīng)力相對(duì)集中。高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大的離心力作用在葉片上，特別是圓弧過(guò)渡處又會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，位錯(cuò)等缺陷易在此聚集形成微裂紋，最終導(dǎo)致葉片疲勞斷裂。

（5）經(jīng)宏觀和斷口掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)起裂部位在葉片橫截面出汽側(cè)的中間部位，且斷口有明顯的疲勞擴(kuò)展現(xiàn)象。分析認(rèn)為裂紋起源于表面的機(jī)械損傷，經(jīng)疲勞擴(kuò)展后最終導(dǎo)致斷裂。

（6）葉片裝配時(shí)圍帶間隙太小，造成葉片與圍帶的預(yù)應(yīng)力過(guò)大，造成疲勞斷裂。

3 治理措施

3.1 葉片設(shè)計(jì)及機(jī)加工改進(jìn)

（1）采用成熟的加強(qiáng)型樅樹(shù)形葉根。

（2）嚴(yán)格控制葉片的加工質(zhì)量，避免機(jī)械傷痕，加工過(guò)程中避免硬物損傷葉片，特別注意葉片橫截面出汽側(cè)的中間部位，葉片斷裂初始位置往往在此處。

①在城市規(guī)劃和城市交通戰(zhàn)略規(guī)劃之間有密切的關(guān)系。城市交通規(guī)劃中的兩個(gè)重要支柱是可持續(xù)發(fā)展的交通模式和綠色健康的空間結(jié)構(gòu)。要想達(dá)到這種目的，需要在城市交通規(guī)劃和城市交通建設(shè)之間達(dá)成戰(zhàn)略性合作。通過(guò)這種合作方式對(duì)最優(yōu)的城市交通和城市居民居住環(huán)境進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而擇優(yōu)選出適合的交通規(guī)劃方案[4]。

（3）理化性能、機(jī)械性能要符合要求。

3.2 裝配工藝改進(jìn)

（1）為了控制裝配質(zhì)量，采用二次裝配方法，即先進(jìn)行試裝配，然后車(chē)圍帶，完成后將所有葉片拆下，修配圍帶間隙后重新裝配，使圍帶及中間體各部分裝配間隙均滿足圖紙要求。

（2）對(duì)于運(yùn)行機(jī)組，利用機(jī)組停機(jī)揭缸機(jī)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)拆下葉片進(jìn)行清理，對(duì)圍帶出汽邊葉頂處的R4倒角進(jìn)行打磨、圓滑過(guò)渡，對(duì)葉片進(jìn)行重新裝配，以保證機(jī)組安全運(yùn)行。

表1 3號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)異常數(shù)據(jù)

對(duì)于新建機(jī)組，在設(shè)備未出廠時(shí)要進(jìn)行監(jiān)造，并按上述辦法嚴(yán)格控制葉片的加工、制造及裝配質(zhì)量。

4 主要技術(shù)方案

經(jīng)有關(guān)專家認(rèn)真研究分析，本次低壓缸次末級(jí)葉片圍帶斷裂事故的原因是圍帶裝配過(guò)緊。為避免此類事故再次發(fā)生，對(duì)低壓缸次末級(jí)葉片的裝配技術(shù)要求進(jìn)行了嚴(yán)格仔細(xì)的規(guī)定，其中裝配間隙要求如圖2所示。

圖2 裝配間隙要求

（1）葉片裝配完成后，頂部12點(diǎn)位置葉片向兩邊閃縫不超過(guò)1 mm。

（2）末級(jí)葉片要求在12點(diǎn)位置裝配。

（3）裝配末級(jí)葉片時(shí)，不允許用楔鐵強(qiáng)力漲緊。允許修磨末級(jí)葉片圍帶，圍帶可以存在缺口。

（4）葉片裝配完成后，圍帶內(nèi)弧錯(cuò)牙超過(guò)0.5 mm時(shí)必須修磨。

（5）圍帶非工作斜面間隙要求0.1～0.3 mm。

（6）圍帶非工作平面間隙要求0.5～1.2 mm。

（7）圍帶工作面間隙要求 0～0.05 mm。

（8）對(duì)葉根邊緣倒圓R3，以防止出現(xiàn)蒸汽腐蝕裂紋或初始裂紋。倒圓工藝要求如圖3所示。

圖3 葉根倒圓R3

5 結(jié)語(yǔ)

低壓缸末級(jí)葉片裝配過(guò)程中嚴(yán)格控制裝配質(zhì)量，利用機(jī)組檢修揭缸機(jī)會(huì)將所有葉片拆下，修配圍帶間隙后重新裝配，使得圍帶及中間體各部分裝配間隙均滿足圖紙要求。另外對(duì)葉片進(jìn)行清理，對(duì)圍帶出汽邊葉頂處的R4倒角進(jìn)行打磨，圓滑過(guò)渡，對(duì)葉根邊緣進(jìn)行倒圓R3，防止出現(xiàn)蒸汽腐蝕裂紋或初始裂紋。經(jīng)以上處理后再?zèng)]有發(fā)生汽輪機(jī)葉片頂部斷裂事故，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全穩(wěn)定性。

[1] 靳智平.電廠汽輪機(jī)原理及系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 郭延秋.大型火電機(jī)組檢修實(shí)用技術(shù)叢書(shū)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[3] 王家楹.改善汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)葉片調(diào)峰性能的探討[J].浙江電力，2001，20（4）∶57-58.