1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片損傷分析及處理

摘 要：針對(duì)某電廠在1 000 MW機(jī)組檢查性大修中發(fā)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片損傷缺陷，全面分析了缺陷原因，并有針對(duì)性地提出了處理方案和防范措施，為避免同類(lèi)型機(jī)組在基建及檢修過(guò)程中發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：檢查性大修;葉片損傷;原因;措施

0? ? 引言

某電廠1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組首次解體大修，拆下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子第一塊靜葉座（12點(diǎn)方向）以后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子第二級(jí)動(dòng)葉（5片）存在彎曲變形，第二級(jí)靜葉整圈根部有V字型豁口，拆除全部靜葉座后發(fā)現(xiàn)8點(diǎn)鐘方向安裝的8片靜葉根部損傷較嚴(yán)重。

拆下靜葉支座，勵(lì)側(cè)向汽側(cè)數(shù)第二級(jí)動(dòng)葉5片變形（圖1），變形方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍◤钠麄?cè)看）;勵(lì)側(cè)向汽側(cè)數(shù)第二級(jí)靜葉（126片）根部整體受損，其中8片靜葉片受損較嚴(yán)重（圖2），缺口最深處約12 mm。

抽出轉(zhuǎn)子后檢查，定子膛內(nèi)清潔無(wú)損傷、未見(jiàn)異物遺留;轉(zhuǎn)子風(fēng)扇座發(fā)現(xiàn)少量金屬屑（經(jīng)光譜檢測(cè)為鋁屑，與靜葉材質(zhì)相符）。

測(cè)量變形動(dòng)葉片移出動(dòng)葉片整體邊緣尺寸最大約30 mm（圖3）。

1? ? 檢查情況

1.1? ? 基本概況

該電廠發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-1000-2，額定功率1 000 MW，額定電壓27 kV，額定電流23 778 A，額定勵(lì)磁電壓437 V，額定勵(lì)磁電流5 887 A。

發(fā)電機(jī)[1]采用水氫氫冷卻方式，發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻氣體由汽端軸上的多級(jí)軸流風(fēng)扇進(jìn)行循環(huán)。風(fēng)扇與轉(zhuǎn)子本體出風(fēng)口排出氣體所產(chǎn)生的壓力一起作用于冷卻轉(zhuǎn)子繞組。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸流風(fēng)扇采用動(dòng)靜扇葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由安裝于轉(zhuǎn)子風(fēng)扇座4級(jí)動(dòng)葉片和安裝于大端蓋靜葉座的5級(jí)靜葉片組成。轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片材質(zhì)為鍛鋼21Cr12MoV，靜葉片材質(zhì)為鍛鋁2A50。

1.2? ? 解體前動(dòng)靜葉間隙測(cè)量情況

靜葉座拆出前測(cè)量靜葉片與動(dòng)葉風(fēng)扇座間隙最大2.1 mm、最小1.9 mm，標(biāo)準(zhǔn)1.6～2.6 mm，符合安裝手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3? ? 基建安裝記錄

檢查基建期發(fā)電機(jī)風(fēng)扇間隙測(cè)量安裝記錄，動(dòng)靜葉片間R值為（26+7）mm，標(biāo)準(zhǔn)為（32±2）mm，在調(diào)整汽輪機(jī)聯(lián)軸器間隙時(shí)需增加7 mm余量，但在調(diào)整時(shí)未見(jiàn)相關(guān)記錄。

1.4? ? 機(jī)組運(yùn)行情況

該汽輪發(fā)電機(jī)于2019年7月22日開(kāi)始啟動(dòng)試運(yùn)，調(diào)閱汽輪發(fā)電機(jī)DCS振動(dòng)歷史趨勢(shì)，2019年7月22日汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，#7、#8軸承振動(dòng)出現(xiàn)正弦波波形趨勢(shì)，帶負(fù)荷后正弦波振動(dòng)波形明顯，#8軸承振動(dòng)值呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，滿負(fù)荷時(shí)振動(dòng)最高達(dá)125 μm（報(bào)警值83 μm，跳閘值130 μm）。

1.5? ? 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡調(diào)整情況

（1）2019年8月14日，在勵(lì)發(fā)聯(lián)軸器增加平衡塊后，#8軸承振動(dòng)最大值從126 μm變化為68～105 μm波動(dòng)，#7軸承振動(dòng)最大值從89 μm變化為54～94 μm波動(dòng)。

（2）2019年10月6日，在汽發(fā)、勵(lì)發(fā)聯(lián)軸器增加平衡塊后，#8軸承振動(dòng)在32～96 μm范圍波動(dòng)，#7軸承振動(dòng)在52～101 μm范圍波動(dòng)，#3軸承振動(dòng)在43～94 μm范圍波動(dòng)，#2軸承振動(dòng)在48～105 μm范圍波動(dòng)。

（3）2020年1月16日，根據(jù)2019年10月6日在汽發(fā)、勵(lì)發(fā)聯(lián)軸器增加平衡塊后的運(yùn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)勵(lì)發(fā)聯(lián)軸器平衡塊進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后#8軸承振動(dòng)在34～100 μm范圍波動(dòng)，#7軸承振動(dòng)在38～92 μm范圍波動(dòng)，#3軸承振動(dòng)在42～77 μm范圍波動(dòng)，#2軸承振動(dòng)在45～86 μm范圍波動(dòng)。

2? ? 原因分析

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜葉片碰擦損傷的可能原因分析如下。

2.1? ? 異物進(jìn)入造成葉片碰磨損傷

抽出轉(zhuǎn)子后檢查定子、轉(zhuǎn)子，除少量金屬碎屑外均未發(fā)現(xiàn)明顯異物，基本排除異物進(jìn)入導(dǎo)致葉片損傷因素。

2.2? ? 動(dòng)、靜葉片間隙過(guò)小，運(yùn)行中碰磨損傷

因動(dòng)、靜葉片間隙一致，運(yùn)行中如振動(dòng)導(dǎo)致碰磨則會(huì)整圈葉片發(fā)生碰磨，故基本排除該原因。

動(dòng)葉片運(yùn)行中與靜葉片座碰擦變形，在負(fù)荷上升轉(zhuǎn)子膨脹時(shí)發(fā)生動(dòng)、靜葉片碰擦?，F(xiàn)場(chǎng)檢查第二級(jí)靜葉片座與動(dòng)葉片相鄰位置無(wú)明顯碰磨刮擦痕跡，基本排除該原因。

2.3? ? 基建安裝時(shí)部分動(dòng)葉片彎曲造成碰磨

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜葉片碰擦先決條件：轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片與靜葉片間距在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)超出說(shuō)明書(shū)[1]規(guī)定的裝配間隙R值范圍（32±2）mm。判斷轉(zhuǎn)子第二級(jí)5片動(dòng)葉片在施工環(huán)節(jié)先行碰擦變形，轉(zhuǎn)子振動(dòng)整體呈現(xiàn)不平衡的趨勢(shì)，隨負(fù)荷上升，轉(zhuǎn)子膨脹增加，先期變形的動(dòng)葉與靜葉片碰擦導(dǎo)致靜葉整圈根部損傷。

注：動(dòng)葉片變形最大偏移值達(dá)30 mm，轉(zhuǎn)子膨脹量按4 mm計(jì)算，兩者疊加處于動(dòng)、靜葉片最大R值范圍，發(fā)生碰擦可能性極大。另外如原始R值為26 mm，則運(yùn)行中動(dòng)、靜葉片必然發(fā)生碰擦。

2.4? ? 分析結(jié)論

綜上，經(jīng)該電廠技術(shù)人員會(huì)同相關(guān)專家共同分析判斷，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜葉片碰擦損傷的原因?yàn)椋夯ㄊ┕て谵D(zhuǎn)子第二級(jí)部分動(dòng)葉片先行碰擦變形，機(jī)組運(yùn)行后，隨著負(fù)荷上升，轉(zhuǎn)子膨脹增加，先期變形的動(dòng)葉片與靜葉片碰擦導(dǎo)致靜葉整圈根部損傷。

3? ? 處理及防范措施

3.1? ? 處理措施

在發(fā)現(xiàn)該發(fā)電機(jī)動(dòng)、靜葉片缺陷后，立即協(xié)調(diào)主機(jī)廠準(zhǔn)備葉片加工材料，制訂維修方案。

（1）將靜葉片含底座整體組裝后返回主機(jī)廠，根據(jù)實(shí)際尺寸加工合格的靜葉片，經(jīng)精修后探傷合格，整體返回安裝。

（2）加工動(dòng)葉片5片，由主機(jī)廠技術(shù)人員到該電廠安裝動(dòng)葉片，與其他完好動(dòng)葉片配葉頂高度，要求與完好葉片葉頂最大高度偏差在-0.3～0 mm。

（3）檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子其他部位無(wú)損傷，檢查定子各部無(wú)損傷，各項(xiàng)試驗(yàn)均合格;對(duì)轉(zhuǎn)子、定子、冷卻器各部進(jìn)行全面的檢查、清掃。

3.2? ? 防范措施

（1）轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜葉片安裝后必須經(jīng)金相檢測(cè)合格。

（2）發(fā)電機(jī)穿轉(zhuǎn)子過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行防護(hù)措施，防止動(dòng)葉片在穿轉(zhuǎn)子過(guò)程中損傷。

（3）發(fā)電機(jī)靜葉片及支座復(fù)裝時(shí)必須嚴(yán)格按照出廠說(shuō)明書(shū)安裝工序進(jìn)行，安裝時(shí)使用專用工具，防止因操作不當(dāng)造成動(dòng)、靜葉片損傷。

（4）組織對(duì)靜葉座復(fù)裝過(guò)程中可能造成葉片損傷的工序進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析，制訂防范措施，并組織施工人員進(jìn)行學(xué)習(xí)，落實(shí)好防范措施。

（5）發(fā)電機(jī)靜葉片及支座復(fù)裝過(guò)程中必須執(zhí)行好動(dòng)、靜葉片軸向、徑向間隙的測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中要有檢修單位、電廠各級(jí)檢修、驗(yàn)收人員到場(chǎng)見(jiàn)證，過(guò)程要進(jìn)行錄像留證，防止安裝過(guò)程不可追溯。

（6）發(fā)電機(jī)損壞的動(dòng)、靜葉片更換后會(huì)對(duì)整體的平衡造成影響，啟機(jī)前需組織主機(jī)廠、振動(dòng)方面專家到場(chǎng)，針對(duì)啟機(jī)、沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)可能發(fā)生的振動(dòng)影響進(jìn)行評(píng)估、調(diào)整，防止振動(dòng)影響機(jī)組后續(xù)的安全運(yùn)行。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

該電廠在發(fā)電機(jī)首次檢查性大修中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜葉片損傷，經(jīng)全面分析，判斷為基建施工期碰擦到動(dòng)葉片，機(jī)組帶負(fù)荷后隨著轉(zhuǎn)子膨脹，先期變形的動(dòng)葉片與靜葉片碰擦導(dǎo)致靜葉整圈根部損傷。

通過(guò)制訂切實(shí)可行的處理方案，更換變形的損傷葉片后，發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，正弦波振動(dòng)問(wèn)題已得到有效解決。

由于發(fā)現(xiàn)較及時(shí)，該廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片損傷未造成嚴(yán)重的后果，但本文也給處于基建期或投產(chǎn)后未對(duì)發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子檢修的發(fā)電廠提供了警示和借鑒：一要嚴(yán)把基建施工階段的質(zhì)量工藝驗(yàn)收關(guān)口;二要重視首次解體檢查性大修的作用，該解體的設(shè)備一定要解體，避免重大設(shè)備隱患遺留。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 上海電氣電站設(shè)備有限公司發(fā)電機(jī)廠.1 000 MW等級(jí)發(fā)電機(jī)安裝說(shuō)明書(shū)[Z]，2016.

收稿日期：2021-08-11

作者簡(jiǎn)介：王傳剛（1980—），男，山東臨邑人，工程師，從事發(fā)電廠及電力系統(tǒng)工作。