600 MW火電機組低壓缸次末級葉片裝配工藝改進

劉海昌，于曉龍，李衛軍

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

某電廠4臺600 MW汽輪發電機組是由哈爾濱汽輪機廠生產的CLN600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽、凝汽式汽輪機組。低壓缸葉片共7級，全部為自帶圍帶葉片，其中第1-5級動葉片為型鋼銑制而成，第6級為模鍛毛坯拋磨而成，采用反動式結構的匹配方式，其中前4級葉根采用成熟的加強型樅樹形葉根，5級和6級的結構為哈汽廠亞臨界600 MW汽輪機的傳統結構。機組自2006年相繼投產后，設備運行穩定。

1 故障分析

2010年9月15日18∶28，電廠3號機組4-7號瓦軸振發生突變。對機組振動突變前后的振動數據進行整理，見表1。

通過對振動進行分析，發現3號機組的振動變化特征如下：

（1）機組在振動突變前后的振動變化量和機組沖轉至3000 r/min時的振動變化量基本相同；而且振動突變是在瞬間發生，變化前后的振動值的主頻為一倍頻。這表明3號機組振動突變與機組負荷變動有關，轉子上葉片斷裂或活動部件脫落的可能性較大。

（2）4-7號瓦的振動變化量見表1，5號瓦、6號瓦振動變化最大，其次是4號瓦、7號瓦；5號瓦X和Y向的振動變化量為75 μm∠119°和45 μm∠280°；6號瓦X和Y向的振動變化量為47 μm∠347°和 40 μm∠126°，表明振動的突變與LPII轉子上葉片斷裂或活動部件脫落有關。

（3）5號、6號瓦的X向和Y向振動的變化量均為反相。只有5號瓦在過臨界時振動有所增大，增大量約為20 μm，其余各瓦過臨界時的振動基本不變，說明引起振動變化的脫落部件不可能在轉子中部，而是在低壓轉子LPII的兩端。

根據以上現象判斷，3號機組振動突變的原因可能為：LPII轉子靠近5號瓦（即調端）處有葉片脫落，根據生產廠家說明書，低壓轉子次末級葉片脫落的可能性較大。

解體后發現LPII轉子正向次末級第55片葉片靠近葉頂處斷裂，如圖1所示。分析認為斷裂原因主要是設計、制造及裝配存在問題。

圖1 葉片斷裂處及斷裂的葉片

2 葉片斷裂原因分析

（2）仔細分析葉片材料，金相組織、化學成分均符合要求，力學性能除延伸率略低外，其他均符合要求。2010年3月曾發生4號機反向第21片葉片斷裂，分析認為葉片的延伸率略低也是導致葉片斷裂的原因之一。

（3）經核對，葉片各部分加工尺寸均符合圖紙要求。

（4）葉片出汽側頂部與圍帶過渡處存在R4的圓弧過渡，而起裂部位基本處于R4圓弧過渡的中部，該部位在結構上應力相對集中。高速旋轉產生較大的離心力作用在葉片上，特別是圓弧過渡處又會產生較大的應力，位錯等缺陷易在此聚集形成微裂紋，最終導致葉片疲勞斷裂。

（5）經宏觀和斷口掃描電鏡分析，發現起裂部位在葉片橫截面出汽側的中間部位，且斷口有明顯的疲勞擴展現象。分析認為裂紋起源于表面的機械損傷，經疲勞擴展后最終導致斷裂。

（6）葉片裝配時圍帶間隙太小，造成葉片與圍帶的預應力過大，造成疲勞斷裂。

3 治理措施

3.1 葉片設計及機加工改進

（1）采用成熟的加強型樅樹形葉根。

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

①在城市規劃和城市交通戰略規劃之間有密切的關系。城市交通規劃中的兩個重要支柱是可持續發展的交通模式和綠色健康的空間結構。要想達到這種目的，需要在城市交通規劃和城市交通建設之間達成戰略性合作。通過這種合作方式對最優的城市交通和城市居民居住環境進行綜合分析，進而擇優選出適合的交通規劃方案[4]。

（3）理化性能、機械性能要符合要求。

3.2 裝配工藝改進

（1）為了控制裝配質量，采用二次裝配方法，即先進行試裝配，然后車圍帶，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）對于運行機組，利用機組停機揭缸機會現場拆下葉片進行清理，對圍帶出汽邊葉頂處的R4倒角進行打磨、圓滑過渡，對葉片進行重新裝配，以保證機組安全運行。

表1 3號汽輪發電機組振動異常數據

對于新建機組，在設備未出廠時要進行監造，并按上述辦法嚴格控制葉片的加工、制造及裝配質量。

4 主要技術方案

經有關專家認真研究分析，本次低壓缸次末級葉片圍帶斷裂事故的原因是圍帶裝配過緊。為避免此類事故再次發生，對低壓缸次末級葉片的裝配技術要求進行了嚴格仔細的規定，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點位置葉片向兩邊閃縫不超過1 mm。

（2）末級葉片要求在12點位置裝配。

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

（4）葉片裝配完成后，圍帶內弧錯牙超過0.5 mm時必須修磨。

（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）對葉根邊緣倒圓R3，以防止出現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 結語

低壓缸末級葉片裝配過程中嚴格控制裝配質量，利用機組檢修揭缸機會將所有葉片拆下，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。另外對葉片進行清理，對圍帶出汽邊葉頂處的R4倒角進行打磨，圓滑過渡，對葉根邊緣進行倒圓R3，防止出現蒸汽腐蝕裂紋或初始裂紋。經以上處理后再沒有發生汽輪機葉片頂部斷裂事故，提高了機組經濟性和安全穩定性。

[1] 靳智平.電廠汽輪機原理及系統[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 郭延秋.大型火電機組檢修實用技術叢書[M].北京：中國電力出版社，2003.

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