俄制抽凝式供熱汽輪機(jī)葉片斷裂的分析及處理

沈德軍

【摘 要】石河子天富南熱電有限公司型號為∏T—90＼125—130＼10—2型2×125MW俄制抽凝供熱機(jī)組，兩臺機(jī)組分別于2006年底、2007年底投產(chǎn)至今，是石河子市冬季供熱的主力機(jī)組，年額定采暖供熱量2×550t/h，工業(yè)蒸汽供熱量2×220t/h，本文通過對俄制125MW汽輪機(jī)次末級葉片損傷原因的分析，介紹了葉片損傷后簡化處理措施，達(dá)到確保質(zhì)量、節(jié)省檢修費用，縮短工期的過程。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī) 次末級葉片 斷裂 工藝

1 機(jī)組概述

#1機(jī)組于2009年進(jìn)行過檢查性大修，#2機(jī)組進(jìn)行過兩次小修，期間機(jī)組參數(shù)正常運行平穩(wěn)。2014年6～8月在分別對兩臺機(jī)組的實施的大修檢查中，發(fā)現(xiàn)兩臺機(jī)組的低壓轉(zhuǎn)子第十五級（次末級）葉片均有不同程度損傷和斷裂。

2 葉片損傷情況

2.1 葉片檢查

該型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子分為高壓轉(zhuǎn)子和中低壓轉(zhuǎn)子兩個部分組成，高壓轉(zhuǎn)子由1列速度級和8列壓力級組成，中低壓轉(zhuǎn)子由16級壓力級組成，轉(zhuǎn)子共計25級組成，第24級和25級葉片（次末級和最末級）為自由葉片，級內(nèi)的各葉片由松拉筋聯(lián)接。機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子為整體鍛造結(jié)構(gòu)，有一個雙列復(fù)速級和8個壓力級。低壓轉(zhuǎn)子有16個壓力級，前12級與軸整體制造，后4級葉輪為熱套裝與軸上。低壓15、16級為最后兩級，沒有圍帶，葉片間各有兩道松拉筋相連，葉片進(jìn)汽側(cè)鑲有司太立合金薄片。

2.2 #1機(jī)低壓轉(zhuǎn)子次末級葉片損傷情況

大修檢查發(fā)現(xiàn)，其第二十四級（次末級）葉輪上共鑲有94個葉片，全部葉片用兩道松拉筋串連，發(fā)生葉片斷裂的共五處（圖1），均是從第二道加強(qiáng)筋處（由內(nèi)向外圈記）斷裂，編號為#44 、#45、#58、#90、#93，采用磁性探傷后發(fā)現(xiàn)，存在裂紋的葉片有4片，編號分別為#10、#61、#88、#91，裂紋長約5～8mm。

2.3 #2機(jī)葉片斷裂及損傷情況

大修檢查發(fā)現(xiàn)，其第二十四級（次末級）94個葉片，斷裂葉片9個（圖2），分別為 #48、#39、#24、#01、#93、#85、#80、#63、#88，也是從第二道加強(qiáng)筋處（由內(nèi)向外圈記）斷裂，損傷葉片12片，分別為 #53、#61、#62、#46、#38、#33、#15、#14、#6、#86、#41（*）、#71；

兩臺機(jī)組葉片全周為94組，斷裂葉片在轉(zhuǎn)子輪盤斷面的四個象限上基本呈對稱或均布，所以在振動上反映并不明顯，其分布簡單示意如下（雙箭頭線為斷裂葉片區(qū)域）：

3原因分析

3.1 葉片斷裂原因分析

兩臺汽輪機(jī)組的次末級葉片均從外側(cè)拉金孔處斷開，葉片檢查，對葉片的端口形貌宏觀檢查后發(fā)現(xiàn)，損傷葉片的硬度檢查基本正常（HB212～262），葉片斷口起始均發(fā)生在松拉筋的穿孔處，多數(shù)葉片存在貝殼紋疲勞裂紋形態(tài)。

葉片損傷原因可能來自多個方面，主要有機(jī)械損傷、水擊損傷、水蝕損傷、質(zhì)量缺陷、安裝缺陷等：

（1）機(jī)組啟停頻繁，轉(zhuǎn)子葉片承受應(yīng)力大。經(jīng)查，自2009年 4月#1機(jī)大修到2014年5月大修，5年的時間#1機(jī)共啟動25次，停機(jī)24次，其中故障急停6次，有4次為帶采暖負(fù)荷急停的。平均每年啟停5次。機(jī)組啟停一次引起葉片交變應(yīng)力的大幅變化，特別是帶采暖負(fù)荷急停急啟的4次，負(fù)荷驟升驟降對24級葉片應(yīng)力影響很大。易使葉片承受強(qiáng)度失效發(fā)生斷裂。

（2）機(jī)組冬季工業(yè)采暖抽氣負(fù)荷大，后汽缸鼓風(fēng)摩擦頻繁。抽汽負(fù)荷大的運行工況從后汽缸左右側(cè)溫度可以看出。當(dāng)運行人員增加工業(yè)或采暖負(fù)荷（關(guān)小旋轉(zhuǎn)隔板）以及減低一定電負(fù)荷時，到后汽缸的汽量減少到一定程度時，后汽缸溫度開始上升，并且左右側(cè)溫差也有出現(xiàn)。這種情況發(fā)生次數(shù)較多，運行人員一般能及時調(diào)整。當(dāng)后汽缸進(jìn)氣量少時，24、25級葉片產(chǎn)生鼓風(fēng)摩擦而被加熱，反之，又降低被冷卻。在葉片溫度來回升降的作用下，熱交變應(yīng)力下降，易發(fā)生斷裂。

（3）低壓缸疏水不充分，末級葉片工況惡劣。在機(jī)組低壓缸下缸最低處，即24級葉片下方處，裝有一疏水孔，這是機(jī)組在安裝時，經(jīng)俄專家變更專門設(shè)計的。運行人員在開停機(jī)操作時，如對此疏水操作不及時。低壓缸底部積水不及時排出，末兩級葉片易受到濕度大、水擊的危害。25級進(jìn)氣側(cè)司太立合金薄片就有氣蝕現(xiàn)象。

（4）非采暖期機(jī)組運行時，#1熱加汽側(cè)水位有時高到抽汽口的極高位置，即低壓缸下部的位置。（圖中汽缸下部最大的孔，有兩個）因擔(dān)心#1熱加汽側(cè)排水時管道振動或影響真空，運行人員一般不會排水。機(jī)組停運時此處存水溫度低，開機(jī)后積水被加熱，產(chǎn)生的汽水直接影響24、25級葉片。嚴(yán)重時會發(fā)生水擊。當(dāng)24級葉片受到濕度大的蒸汽長期作用下，應(yīng)力下降，葉片發(fā)生斷裂。

3.2調(diào)查及分析結(jié)論

（1）因配合電網(wǎng)保護(hù)需要，兩臺機(jī)組設(shè)置了穩(wěn)控切機(jī)自動保護(hù)，特別是近兩年，經(jīng)歷過系統(tǒng)多次沖擊造成的發(fā)電機(jī)負(fù)荷驟增、驟減。

（2）葉片損傷均是從拉筋孔處延展或斷裂，說明葉片存在加工或質(zhì)量缺陷，易在運行中高的交變應(yīng)力作用下發(fā)生材料的疲勞損傷斷裂，對照其他同類機(jī)組葉片也發(fā)生斷裂后認(rèn)為，葉片自身也存在材質(zhì)、加工缺陷。

4處理情況及效果

4.1葉片的處理原則和方法

4.1.1 處理原則

（1）利用現(xiàn)有手段簡化處理，現(xiàn)場修復(fù)縮短工期，確保質(zhì)量；

（2）確?；倦娯?fù)荷情況下的足量供熱。

4.1.2處理方法

（1）經(jīng)咨詢俄羅斯制造廠及國內(nèi)主機(jī)廠指導(dǎo)，大修中采取了只去除損壞葉片的初步處理方案，對已斷裂葉片進(jìn)行倒圓角處理；輪盤對稱位置的葉片無論損傷均修磨成一致形狀；

（2）對有裂紋葉片鉆止裂孔并倒圓角處理；對其他變形葉片探傷檢查后不做矯正處理以防產(chǎn)生冷拉裂紋；對所有葉片探傷檢查并測頻記錄；

（3）量取相關(guān)尺寸，特別是葉片葉根尺寸，做好備品準(zhǔn)備及今后更換準(zhǔn)備；

（4）吹掃缸內(nèi)相關(guān)末級疏水孔及外接疏水閥通流情況，對旋轉(zhuǎn)隔板同流尺寸檢查均衡度；

（5）葉片檢修完畢后進(jìn)行靜平衡檢查，開機(jī)定速后進(jìn)行動平衡振動檢查；

（6）并網(wǎng)后防止電熱負(fù)荷突變，限負(fù)荷觀察至能帶基本負(fù)荷止，專業(yè)分析后制定采暖期詳細(xì)運行調(diào)整方案；

（7）嚴(yán)密監(jiān)視參數(shù)變化，特別是振動變化，做好針對性處理預(yù)案，電網(wǎng)穩(wěn)控切機(jī)保護(hù)設(shè)置轉(zhuǎn)移至其他機(jī)組。

4.1.3其他處理措施

繼續(xù)聯(lián)系俄方提供相關(guān)片加工及裝配圖紙或備品備件，聯(lián)系國內(nèi)廠家測繪加工，創(chuàng)作今后葉片全部更換條件。

4.2運行期間的檢查

4.2.1 機(jī)組振動情況

自2014年7月機(jī)組大修，并網(wǎng)運行投產(chǎn)后，各項指標(biāo)均合格，特別是振動正常，電負(fù)荷能力略有下降，熱負(fù)荷能力正常。完全能夠滿足電熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)要求。

4.2.2 運行預(yù)案

（1）對機(jī)組啟停機(jī)的操作加強(qiáng)培訓(xùn)；降低人員誤操作造成的故障停機(jī)次數(shù)；做好外部原因引起機(jī)組停運短時間又啟動的操作處理預(yù)案；運行中嚴(yán)格監(jiān)視各軸承振動，發(fā)現(xiàn)突增及伴隨凝結(jié)水硬度突然增大，判斷為葉片斷裂，及時匯報并在參數(shù)達(dá)極限時果斷停機(jī)。

（2）機(jī)組帶采暖負(fù)荷運行時，嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)定接待，禁止超參數(shù)運行。特別是后汽缸溫度及左右溫差作為主要依據(jù)點。

（3）對低壓缸的疏水門操作，進(jìn)行規(guī)范，并寫入操作票中。非采暖期機(jī)組開機(jī)前、運行時及停機(jī)后，始終保持#1熱加疏水逐級自流門開啟，并做好防止機(jī)組真空下降的措施。

5結(jié)語

通過對兩臺機(jī)組運行一年多來，特別是經(jīng)歷了冬季兩個采暖期高電熱負(fù)荷及變工況運行的考驗及嚴(yán)密的技術(shù)跟蹤監(jiān)督后分析認(rèn)為，檢修中對機(jī)組所做的優(yōu)化處理措施是有效和可靠的，所采取的措施為仍在電網(wǎng)中運行的承擔(dān)冬季季節(jié)性供熱和調(diào)峰任務(wù)的機(jī)組在處理葉片斷裂事故時，在確?？煽堪踩疤嵯?，縮短工期節(jié)省費用，探索了另一條有效途徑，值得借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]付彥福.淺析火力發(fā)電中的熱能動力裝置的維護(hù)與檢測[J].商品與質(zhì)量，2012（S8）.

[2]陳建宇，楊曉亮.火力發(fā)電中熱能動力裝置的維護(hù)及檢測[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（10）.