俄制抽凝式供熱汽輪機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俄制抽凝供熱機組，兩臺機組分別于2006年底、2007年底投產至今，是石河子市冬季供熱的主力機組，年額定采暖供熱量2×550t/h，工業蒸汽供熱量2×220t/h，本文通過對俄制125MW汽輪機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，達到確保質量、節省檢修費用，縮短工期的過程。

【關鍵詞】汽輪機 次末級葉片 斷裂 工藝

1 機組概述

#1機組于2009年進行過檢查性大修，#2機組進行過兩次小修，期間機組參數正常運行平穩。2014年6～8月在分別對兩臺機組的實施的大修檢查中，發現兩臺機組的低壓轉子第十五級（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

該型汽輪機轉子分為高壓轉子和中低壓轉子兩個部分組成，高壓轉子由1列速度級和8列壓力級組成，中低壓轉子由16級壓力級組成，轉子共計25級組成，第24級和25級葉片（次末級和最末級）為自由葉片，級內的各葉片由松拉筋聯接。機組高壓轉子為整體鍛造結構，有一個雙列復速級和8個壓力級。低壓轉子有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，葉片進汽側鑲有司太立合金薄片。

2.2 #1機低壓轉子次末級葉片損傷情況

大修檢查發現，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，發生葉片斷裂的共五處（圖1），均是從第二道加強筋處（由內向外圈記）斷裂，編號為#44 、#45、#58、#90、#93，采用磁性探傷后發現，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機葉片斷裂及損傷情況

大修檢查發現，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，也是從第二道加強筋處（由內向外圈記）斷裂，損傷葉片12片，分別為 #53、#61、#62、#46、#38、#33、#15、#14、#6、#86、#41（*）、#71；

兩臺機組葉片全周為94組，斷裂葉片在轉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域）：

3原因分析

3.1 葉片斷裂原因分析

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

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

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

（2）機組冬季工業采暖抽氣負荷大，后汽缸鼓風摩擦頻繁。抽汽負荷大的運行工況從后汽缸左右側溫度可以看出。當運行人員增加工業或采暖負荷（關小旋轉隔板）以及減低一定電負荷時，到后汽缸的汽量減少到一定程度時，后汽缸溫度開始上升，并且左右側溫差也有出現。這種情況發生次數較多，運行人員一般能及時調整。當后汽缸進氣量少時，24、25級葉片產生鼓風摩擦而被加熱，反之，又降低被冷卻。在葉片溫度來回升降的作用下，熱交變應力下降，易發生斷裂。

（3）低壓缸疏水不充分，末級葉片工況惡劣。在機組低壓缸下缸最低處，即24級葉片下方處，裝有一疏水孔，這是機組在安裝時，經俄專家變更專門設計的。運行人員在開停機操作時，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級進氣側司太立合金薄片就有氣蝕現象。

（4）非采暖期機組運行時，#1熱加汽側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）因擔心#1熱加汽側排水時管道振動或影響真空，運行人員一般不會排水。機組停運時此處存水溫度低，開機后積水被加熱，產生的汽水直接影響24、25級葉片。嚴重時會發生水擊。當24級葉片受到濕度大的蒸汽長期作用下，應力下降，葉片發生斷裂。

3.2調查及分析結論

（1）因配合電網保護需要，兩臺機組設置了穩控切機自動保護，特別是近兩年，經歷過系統多次沖擊造成的發電機負荷驟增、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量缺陷，易在運行中高的交變應力作用下發生材料的疲勞損傷斷裂，對照其他同類機組葉片也發生斷裂后認為，葉片自身也存在材質、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）利用現有手段簡化處理，現場修復縮短工期，確保質量；

（2）確保基本電負荷情況下的足量供熱。

4.1.2處理方法

（1）經咨詢俄羅斯制造廠及國內主機廠指導，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生冷拉裂紋；對所有葉片探傷檢查并測頻記錄；

（3）量取相關尺寸，特別是葉片葉根尺寸，做好備品準備及今后更換準備；

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

（5）葉片檢修完畢后進行靜平衡檢查，開機定速后進行動平衡振動檢查；

（6）并網后防止電熱負荷突變，限負荷觀察至能帶基本負荷止，專業分析后制定采暖期詳細運行調整方案；

（7）嚴密監視參數變化，特別是振動變化，做好針對性處理預案，電網穩控切機保護設置轉移至其他機組。

4.1.3其他處理措施

繼續聯系俄方提供相關片加工及裝配圖紙或備品備件，聯系國內廠家測繪加工，創作今后葉片全部更換條件。

4.2運行期間的檢查

4.2.1 機組振動情況

自2014年7月機組大修，并網運行投產后，各項指標均合格，特別是振動正常，電負荷能力略有下降，熱負荷能力正常。完全能夠滿足電熱負荷的調節要求。

4.2.2 運行預案

（1）對機組啟停機的操作加強培訓；降低人員誤操作造成的故障停機次數；做好外部原因引起機組停運短時間又啟動的操作處理預案；運行中嚴格監視各軸承振動，發現突增及伴隨凝結水硬度突然增大，判斷為葉片斷裂，及時匯報并在參數達極限時果斷停機。

（2）機組帶采暖負荷運行時，嚴格按規程規定接待，禁止超參數運行。特別是后汽缸溫度及左右溫差作為主要依據點。

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

5結語

通過對兩臺機組運行一年多來，特別是經歷了冬季兩個采暖期高電熱負荷及變工況運行的考驗及嚴密的技術跟蹤監督后分析認為，檢修中對機組所做的優化處理措施是有效和可靠的，所采取的措施為仍在電網中運行的承擔冬季季節性供熱和調峰任務的機組在處理葉片斷裂事故時，在確保可靠安全前提下，縮短工期節省費用，探索了另一條有效途徑，值得借鑒。

參考文獻：

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

[2]陳建宇，楊曉亮.火力發電中熱能動力裝置的維護及檢測[J].科技創新與應用，2014（10）.