N300－16.7／537／537汽輪機軸振突增、葉片斷裂原因分析及處理

郝云馮

（湖北省電力建設第二工程公司，湖北 武漢430074）

0 引言

某4×300MW電廠汽輪機為東方汽輪機廠生產的N300－16.7／537／537－5型亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽凝汽式汽輪機。其中3號汽輪機于1999年8月28日投產，2002年進行過一次檢查性大修，原計劃于2006年10月進行第2次大修，2006年4月11日，3號汽輪機發生了一起軸振突增、葉片斷裂事件。

1 事件簡介

2006年4月11日04：45，3號機組負荷255MW，各項運行參數穩定，運行人員沒有進行其他操作，3號機組汽輪機3X、4X方向軸振突然增大，其他各軸振也有小幅變化，然后基本在該數據穩定下來。軸振異常突增前后的主要參數如表1所示。

表1 軸振異常突增前后主要參數表

4月11日05：23，3號機組汽輪機再次發生振動小幅階躍的現象。突增前：3X方向軸振為111.1μm，4X方向軸振為156.6μm；突增后：3X方向軸振為124.1μm，4X方向軸振為168.8μm。

第2次軸振突增后，軸振情況基本穩定。3X方向軸振穩定在130μm左右，4X方向軸振穩定在168μm左右，瓦振穩定在30～50μm。

4月13日00：52，3號機組按調度安排計劃停機，停機過程中（機組負荷30MW時）4X方向軸振有小幅上漲，最大達到190μm。停機過程中聯系有關單位進行了振動檢測，檢測分析結果為質量不平衡分量引起的振動突增，初步懷疑3號汽輪機低壓轉子部件發生脫落。

2 主要缺陷

3號機組停機后，檢修人員主要檢查了低壓缸正反末級葉片／汽封、低壓轉子兩端輪轂平衡重塊、中低對輪平衡重塊、凝汽器汽側熱井及銅管、低壓通流等部分。找到的主要故障點如下：

4月16日，檢修人員在凝汽器銅管（四號瓦側）上發現一塊可疑金屬物。可疑金屬物厚度4.2mm，有一約0.6mm的臺階，中部寬度20mm左右，重量65g，兩端為尖狀，局部有高溫痕跡。4月17日，聯系有關單位對該可疑金屬物進行了光譜分析，確定材質為1Cr12WMoV，與低壓葉片圍帶材質一致，而低壓轉子葉片材質為AISI403（相當于1Cr13）。根據以上結果，分析判斷該可疑金屬物為低壓汽輪機正向次末級葉片圍帶碎片。

4月17日，聯系有關單位用內窺鏡重點檢查了低壓汽輪機正向次末級葉片圍帶。發現正向次末級葉片圍帶有一大、一小共2處斷裂痕跡。

4月18日，根據發現的問題，有關部門召開了專題會，會議決定揭開3號汽輪機低壓缸，徹底處理次末級葉片及其圍帶，并檢查各級通流部分受損情況。

4月20日20：00，3號汽輪機揭開低壓內缸及正向5級隔板，徹底檢查了正向次末級轉子葉片及圍帶，發現的主要問題如下：（1）第1組葉片及圍帶損壞嚴重，第6片葉片從中部拉筋處斷裂缺失上部半片，第2片葉片有明顯裂紋，第7片葉片明顯扭彎，第5、6、7、8片葉片圍帶基本全部缺失，僅第9片葉片圍帶部分殘留。（2）第10組葉片第8片葉片有明顯裂紋，第8、9片葉片圍帶斷裂。（3）第13組葉片第4片葉片與圍帶鉚接不良，第9片圍帶有明顯裂紋。（4）內缸進汽口電側出現裂紋，內缸正向6級隔板也出現裂紋。（5）通過滲透探傷檢查發現3號機組低壓轉子反向第5級第3組葉片圍帶也存在裂紋。

3 原因分析

（1）圍帶安裝工藝較差，導致圍帶鉚釘處應力集中，隨著機組運行時間的增長，圍帶鉚釘處出現細小的裂紋，然后裂紋逐漸發展，導致圍帶撕裂，引起葉片斷裂。（2）圍帶斷裂后，整個汽輪機轉子的頻率發生變化，在機組停機過臨界轉速時，振動加大，也是導致葉片斷裂的一個可能因素。

4 處理方案

根據制造廠的意見，經過有關技術人員的共同協商，最后決定更換正向第5級全部動葉和圍帶，并對反向第5級圍帶裂紋進行補焊處理。在處理葉片的同時，對于發現的低壓內缸進汽口電側裂紋和內缸正向6級隔板下的裂口進行了補焊處理。同時利用此次揭缸機會對低壓端部汽封進行了技改。

4.1 檢修進度

主要檢修進度如表2所示。

表2 檢修進度一覽表

4.2 檢修流程

（1）揭缸：1）松開中低壓連通管法蘭螺栓，吊出中低壓連通管，將低壓進汽口、中壓排汽口封堵好，并貼好封條；2）松開低壓外缸中分面螺栓，裝上導桿，吊開低壓外缸上半，封閉汽缸中分面孔洞；3）按順序拆卸內缸中分面螺栓，吊開低壓外缸上半；4）吊出低壓上半隔板；5）汽缸調節級內壁溫降至150℃時，停盤車、停油泵，揭開中低、低壓后半軸承箱蓋；6）測量3號、4號軸頸揚度，3號、4號軸瓦瓦口間隙；7）測量中低、低發聯軸器晃度，測量端部汽封間隙；8）轉子對低壓基準油擋洼窩找中心；9）拆卸中低聯軸器螺栓并作好標記，頂開聯軸器，吊出聯軸器墊片；10）拆卸低發聯軸器螺栓并作好標記，頂開聯軸器，吊出聯軸器墊片；11）測量低發聯軸器中心原始數據；12）測量3號、4號軸頸揚度、3號、4號軸瓦瓦口間隙；13）測量低壓聯軸器晃度；14）轉子對低壓基準油擋洼窩找中心；15）吊出低壓轉子。

（2）葉片更換：1）對低壓轉子反向5級葉片拉筋處葉頂處著色檢查，對低壓轉子反向5級、正反6級葉片測頻檢查；2）拆卸正向5級葉片；3）更換正向5級葉片；4）盤車車削正向5級葉片圍帶。

（3）缸內間隙復查：1）更換損壞的正向第5級圍帶汽封；2）吊入低壓轉子，測量調整正向第5級圍帶汽封間隙。

（4）內缸裂紋補焊處理：1）在裂紋兩側端頭鉆孔，切斷裂紋；2）將裂紋完全打磨干凈，同時打磨好坡口；3）在坡口處焊接一道焊縫，焊縫冷卻后，錘擊焊縫，應力完全消除后再進行下一道焊縫的焊接工作；4）滿焊坡口。

（5）低壓汽封技改：1）按設計要求在汽封體上半供汽口處調端左側鉆一30mm，右側鉆一50mm通孔；電端左側鉆一50mm，右側鉆一30mm通孔；2）吊入汽封體上半就位；3）裝配聯通各孔至供汽管道。

（6）聯軸器中心復查：1）吊入低壓轉子；2）轉子對低壓基準油擋洼窩找中心；3）聯結中低聯軸器，測量中低聯軸器外圓晃度及螺栓緊固伸長量；4）以低壓轉子為基準測量低發聯軸器中心；5）聯接低發聯軸器，測量低發聯軸器外圓晃度及螺栓緊固伸長量。

（7）低壓缸扣蓋。低壓缸扣蓋順序如下：1）吊入正向5級下半隔板；2）清理3號、4號軸瓦下半，吊入低壓轉子；3）吊入低壓正反一級隔板上半分流環；4）吊入低壓正向2～6級隔板上半；5）吊入低壓反向2～6級隔板上半；6）吊入低壓汽封（調、電）上半；7）緊好所有已裝好的部套螺栓；8）吊入低壓內缸上半，連通低壓噴水管；9）吊入低壓外缸上半；10）汽缸中分面螺栓緊固；11）吊入低壓進汽管；12）安裝連通管；13）安裝3號、4號軸瓦上半。

（8）軸承座扣蓋：1）將軸承座內污油及鐵屑等異物仔細清理干凈；2）裝配各油擋及3號、4號軸瓦上半，恢復熱工測點；3）軸承座扣蓋。

4.3 處理后的效果

5月5日，3號機組順利啟動，各軸承振動均在50μm以內，機組各項運行參數符合設計要求，基本上達到了檢修目的。

5 結論與建議

（1）本次檢修任務在汽輪機高中壓缸及發電機未進行大調整的情況下進行了低壓缸揭缸、低壓轉子解聯軸器和更換葉片的工作，檢修后的機組各項運行指標均符合設計要求，同時節約了工期，確保了機組的按期投入運行，為以后的同類檢修工作積累了一定的經驗。（2）本次檢修工作為節約時間，在缸溫尚未完全冷卻的情況下解開了中低、低發聯軸器，復裝時聯軸器中心未進行調整，僅進行了聯軸器中心復查，記錄復查數據后直接進行了聯軸器的聯接工作。雖然本次檢修工作完畢后，機組運行狀況良好，但如何保證聯軸器中心及在不調整聯軸器中心情況下進行聯軸器聯接等技術問題都需要我們在今后的工作中做進一步探索、研究。（3）為了防止同類故障的再次發生，在1號機組小修中對1號汽輪機也進行了揭蓋檢查。宏觀檢查了低壓汽輪機轉子正、反6級葉片；著色探傷檢查了正、反末3級葉片（共6級）圍帶；著色探傷檢查了次末級拉筋與葉片拉筋孔。檢查中雖然發現了部分小缺陷，但沒有發現裂紋等危害性缺陷。對其他同類型的幾臺機組也準備在小修過程中揭蓋檢查，以避免同類故障的再次發生。