汽輪機葉片檢修常見問題及處理措施

李秋紅

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

汽輪機葉片檢修常見問題及處理措施

李秋紅

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

在汽輪機的故障檢修中，葉片損壞是事故的主導原因，由此引發的事故在汽輪機事故中最為常見。葉片損壞引發汽輪機故障的原理是葉片在產生斷裂、拉金或者圍帶斷裂時會使得葉輪受損，從而引發汽輪機故障。造成葉片損壞的原因比較多元，本文就比較常見的事故特征進行分析，在探明其原因基礎上提出有效的解決措施。

葉片檢修；問題剖析；事故特征；有效應對

1 汽輪機葉片的常見特征

1.1 汽輪機葉片斷落對應的情況

（1）汽輪機機組內部和凝汽器內在產生異樣的聲響時，首先對汽輪機的平臺底層進行清洗。（2）葉片斷落使得轉子不再平衡，轉子在與斷落葉片接觸時碰撞摩擦，一般表現為機組的強烈震動或者振幅的加大。有一種特殊情況就是葉片的斷落恰好處在轉子中間，部分摩擦式機組可能不會表現為強烈的振動，但也是事故異常的反映。這種情況在大容量機組高中壓轉子中最容易出現。（3）汽輪機蒸汽流量、調速器及監視器產生變化時。這種狀況產生預示著葉片損壞程度較大，使得汽輪機的通流部分原有尺寸發生改變。（4）汽輪機的葉片故障也表現為凝結水硬度及導電度的激增，該現象產生的主要原因是葉片落入凝汽器中，一旦發現葉片落入凝汽器內，其銅管被打壞，循環水流入凝結水中，兩者混合導致凝結水原有性能的改變。（5）在汽輪機葉片故障中也存在抽氣部位葉片段落的情況，葉片進入到抽氣管道內，抽氣止回閥卡住，使得進入到加熱器中的管子有所損壞，最常見的表現就是水位的異常升高。

2 葉片損壞的主要原因分析

葉片損壞往往是多種因素綜合作用的結果，比較常見的有以下三種。（1）來自葉片層面的原因分析。葉片振動特性不合格。葉片振動不合格表現為葉片頻率的不合格，使得葉片在正常運作時會因為共振有所損壞，這是汽輪機葉片故障的常見原因。一旦出現葉片擾動力加大，那么可以推斷幾小時后葉片會發生故障，具體時間與振動特性及材料性能相關，此外，也可能是葉片質量不過關。（2）設計上存在缺陷。葉片設計存在缺陷也有可能引發葉片故障，其設計缺陷常常體現為葉片設計應力的過高或者柵結構的不合理，甚至是振動強調特性的不達標，這些都有可能引發葉片故障。（3）材料質量不合格或者選材錯誤。材料品質決定其機械性能，金屬組織有缺陷或者有夾渣裂紋等都屬于材料質量不合格，選用劣質的材料使得葉片在連續運行后，迫使疲勞而引起性能變化和功能下降，外部的腐蝕沖刷使得機械性能變差，綜合這些因素造成葉片損壞。（4）加工工藝不良。除了材料性能影響葉片運行外，加工工藝也是影響葉片機性能的關鍵因素。粗糙的做工使得葉片表面不夠細膩光滑，多數留有加工痕跡，使得扭轉葉片接刀部位對接不當，圍帶鉚釘孔或拉筋孔處無倒角、倒角不夠或尺寸不準確等，使得應力受力不集中不均衡，也造成葉片的損壞，引發汽輪機故障。

3 運行方面造成的原因

（1）汽輪機運行時偏離額定的頻率。汽輪機葉片振動按照對應頻率運行，一般頻率為50Hz，一旦電網頻率下降，反而額定頻率會偏離，葉片的共振安全率發生異常，進而導致機組在共振狀態下運行，這就使得葉片受損情況嚴重，很可能造成葉片的斷裂。（2）氣溫過低。當氣溫較低時主要引發兩方面的損害。其一最后幾級葉片處濕度加大，葉片受沖蝕嚴重，使得截面有所減小，從而導致應力集中，加快葉片損壞進程。其二一旦氣溫下降，其流量對應增加，葉片承受較高的負荷，導致一時承受不了而受損。（3）真空時高時低。真空時高時低是真空不穩的表現，當真空過高時，末級葉片承受巨大負荷并伴隨濕度的增加，葉片受到水分的侵蝕，導致葉片性能下降。而真空過低時使得其維持最大出力不變，也有可能使得最后幾級葉片負荷過大而損壞。（4）啟動、停機及負荷增減時操作失誤。如果操作動作過猛，導致其改變速度加快，葉片產生巨大脹差，動靜部位發生明顯摩擦，最終導致葉片損壞。

4 自于檢修層面的原因分析

檢修不當也是引發事故的因素之一。檢修不當的表現也比較多元，具體來說有幾個方面。其一動靜間隙不符合標準，其二隔板安裝失誤，其三起吊搬運過程中磨損到葉片，其四機內及管道內清理不徹底存在殘留物。其五機組管道沒有徹底沖刷零部件的安裝不牢固。其六汽輪機在正常運行中出現零件脫落。其七忽視定期的檢修與故障排查。

5 來自于葉片層面的事故原因分析

葉片作為事故的主要發生部位，導致其損壞的原因也非常復雜，除了我們上述提到的種種，其中還有一種主力因素在起作用。因此在剖析葉片層面故障時必須做好五個方面的關注。（1）定期檢查葉片損壞程度。我們對葉片的檢查往往是事故發生后，通過事故范圍與情況的明確，做好故障記錄，分析斷落位置及斷面特征，篩選其他原因得出事故主因。其實我們更應該做好日常的檢修關注，及時發現問題及時處理解決。（2）分析運行檢修的材料。判斷葉片層面的故障原因可以結合其運行異常情況來判斷，運行參數是否是在正常范圍內，是否存在超載或者低頻率運行情況，有無重大的改進或者人為改造等。（3）分析損壞葉片的斷面性質。對葉片損害的斷面必須進行詳細檢查，通過故障斷裂面的性能分析推斷產生故障的原因，這是比較基礎而重要的工作。（4）積極做好金屬材料的檢查分析。葉片主要成分其關鍵部位是金屬材質，在發生故障時對其進行金相檢查及材質分析，融合疲勞性能及衰減性能的實驗可以輔助得出故障原因。（5）積極開展強度核算。對于葉片來說，其幾何尺寸不同對應的熱力與強度核算數值有差異，因此可以通過檢驗應力大小而判斷設計是否達標。

6 防止葉片斷裂事故的措施

我們論述了葉片損壞導致的汽輪機故障后，更應該意識到葉片斷裂問題。為了防止事故的發生我們關注的焦點也應放在葉片斷裂事故的預防處理上。除了要做好設計與制造方面的改進外更應該著手運行與檢修，通過多方努力，多管齊下才能實現對葉片斷裂的關注與處理，降低事故發生。

6.1 在運行管理方面應采取的措施

通過運行管理角度，特別是對電網頻率管理，主要采取如下具體的解決措施。（1）時刻保證電網在額定頻率和允許范圍內運行。經過測算葉片損壞現象得出這樣的結論：電網頻率偏離正常數值是葉片斷裂重要因素，由此，在管理方面要不斷加強電網頻率管理工作，保證管理的效率。（2）盡可能避免機組的超負荷運行。如果其低頻率運行或者超負荷運行都葉片的損壞都是巨大的，因此如果出現讓機組提高出力運行情況，必須先進行熱力統計，保證主要部件強度在核算允許范圍內再進行運轉。（3）開展運行動態監視。無論是機組啟動還是暫停中，必須開展動態監視，重點監視運行中的參數變化，一旦參數發生劇烈變動必須啟動應急預案，防止動靜部件在運行的過程中出現摩擦，導致葉片損壞。（4）及時發現異常聲響。主要是檢查傾聽機內聲音，一旦振動現象異常，工作人員必須研究各級氣壓數值及凝結水水質，以防出現斷葉，特別是通流部位有可疑響聲，機組或者發生劇烈振動，應根據應急預案，采取應對措施，防范不良事故發生。（5）做好停機主汽閥嚴密性檢查工作。主要是為了預防汽水向氣缸漏入。對于停工較長的汽輪機機組，包括為消除缺陷安排停機機組，必須加強維護保養，采取一些必要措施有效應對通流部分腐蝕。

6.2 在檢修管理方面應采取的措施

（1）重點篩查新裝機組，確保對其進行投運前葉片振動特性的全方位檢查。對不調頻的葉片，檢驗的關鍵是頻率分散率；而對調頻葉片來說，更應該側重于分散率及共振安全率的檢查。針對后者調頻葉片而言，如果發生葉片落入共振現象，應立即組織人員并啟動應急預案，根據檢測采取合理的調整。（2）對各級葉片及其拉筋、圍帶進行檢查。一旦發現葉片缺陷，不能掉以輕心抱僥幸心理，必須立即處理并設法消除疑慮。檢查的重點應為阻尼拉筋的葉片確定阻尼拉筋完好。（3）做好檢修工藝的更新。新葉片工藝質量是檢修的首要內容，在此基礎上開展一般拉筋焊接工藝、型線變化的檢查。最大限度確保檢修的到位，為葉片正常運行奠定檢修基礎。（4）及時發現問題并謹慎處理。一旦出現葉片存在斷落、裂紋及損傷變形等現象，應深入剖析其產生原因，做好對應的補救。對斷落、裂紋葉片要保留實物，保護斷面，對照原始頻率數據組織測試鑒定，及時發現問題并妥善處理。通過實施以上措施可以讓我們在明確葉片損壞原因基礎上有的放矢地開展維修補救，將斷裂事故損害降到最低限度，最大限度降低事故發生率，為汽輪機運行的安全運行奠定基礎。

[1]周禮泉．大功率汽輪機檢修[M]．北京：中國電力出版社，1997．

[2]王德堅等．汽輪機設備檢修[M]． 北京:中國電力出版社，2012．3．

[3]施維新．汽輪發電機組振動及事故[M]． 中國電力出版社，1999．

[4]徐敏等主編．設備故障診斷手冊[M]． 西安交通大學出版社，1998．

[5]韓捷等編著．旋轉機械故障機理及診斷技術[M]． 機械工業出版社，1997 ．

[6]裘烈鈞主編．大型汽輪機運行[M]． 水利電力出版社 ，1994．

[7](丹)勃勞希(Broch,J．T．)著,機械振動和沖擊測量[M]． 同濟大學出版社，1993．

TM73

A

1671-0711（2017）08（下）-0085-02