汽輪機葉片損壞原因及其預防措施

劉 博，王威彪

(哈爾濱電氣股份有限公司，哈爾濱 150028)

汽輪機葉片損壞原因及其預防措施

劉 博，王威彪

(哈爾濱電氣股份有限公司，哈爾濱 150028)

汽輪機葉片作為汽輪機最為核心的零件之一，其安全性與可靠性直接影響著汽輪機的運行安全。而造成汽輪機葉片損壞的因素十分復雜多變，所以，要想確保汽輪機的安全穩定運行，必須認真研究造成汽輪機葉片損壞的各種原因，尋找其發生規律，從而制定出科學合理的預防措施。

汽輪機；葉片損壞原因；預防措施

1 汽輪機葉片損壞時的常見征象

單個汽輪機葉片或者是圍帶發生斷落飛出時，會發出金屬的撞擊聲；調節級的圍帶出現飛脫問題時堵在了下一級的葉片之上，或者是調節級之后的某級葉片發生斷落時堵塞了通流部分，調節級的汽室壓力以及某些抽汽壓力勢必會有所升高；低壓末級葉片或者是圍帶飛脫落入到凝汽器內，其內部就會發出碰擊聲音，一旦將凝汽器的銅管打破，凝結水硬度、電導率、熱井水位，凝結水冷卻度均會突然增高、增大；汽輪機葉片不對稱脫離較多的時候，轉子就會不平衡，機組振動就會明顯增大。

2 造成汽輪機葉片損壞的基本原因

2.1 因汽輪機葉片本身問題而造成的損壞

第一，因為振動特性不合格而造成的損壞。在常見的汽輪機葉片損壞事故中，因為汽輪機葉片頻率不合格而在實際運行過程中產生共振引發損壞的現象十分常見。如果擾動力過大，很有可能汽輪機葉片在運行幾個小時內就會發生損壞事故。與此同時，發生損壞事故的時長與振動特性、葉片結構、材料性能、制造加工質量等也有必然聯系。第二，因設計不當而造成的損壞。在汽輪機葉片設計過程中，其應力設計過高、柵結構設計不合理、振動強調特性不合格都有可能致使汽輪機葉片發生損壞。尤其是當個別的汽輪機葉片十分薄且柳釘應力過大時，柳裝圍帶就會出現裂紋。第三，因材料不良而造成的損壞。制造汽輪機葉片的材料機械性能較差且金屬組織存在缺陷、裂紋等問題，汽輪機組葉片在長時間運轉下，其材料的疲勞性能、衰減性能勢必會變得更差，進而引發汽輪機組葉片損壞故障。第四，因加工工藝不良而造成的損壞。如果在加工汽輪機葉片時的加工工藝不夠嚴格，就會致使葉片表面粗糙度不夠好、留有一定的加工刀痕、扭轉葉片的接刀處不當、圍帶柳釘孔尺寸不夠準確等問題，從而使應力過于集中，造成汽輪機葉片發生損壞。有時為了能夠防止水蝕問題而采取必要的防護措施，這些防護措施的工藝不夠良好也會使得汽輪機葉片發生損壞。

2.2 因汽輪機運行方面的問題而造成的損壞

第一，因偏離了額定頻率運行而造成的損壞。通常來講，汽輪機葉片的振動特性往往按照相應的運行頻率設計，所以，當降低電網頻率時，就會使得汽輪機葉片的共振安全率產生相應的變化，進而落入到共振的運行狀態之下，加速了汽輪機葉片的損壞程度。第二，因過負荷運行而造成的損壞。通常情況下，汽輪機組處于過負荷運行狀態下時，其每一級的葉片應力都會有所增加，特別是最后幾級的葉片應力增加最為明顯，并且葉片應力會隨著蒸汽流量的不斷增加呈現出相應的正比態勢，進一步加劇了葉片損壞。第三，因氣溫過低而造成的損壞。當新蒸汽的溫度過低時，就會使得汽輪機最后幾級的葉片濕度不斷增大，葉片受到的沖蝕也不斷加劇，應力過于集中造成汽輪機葉片的損壞。同時，當新蒸汽的溫度過低而出力不降低時，流量熱勢必會被不斷增加，致使汽輪機葉片處于過負荷狀態之下，造成汽輪機葉片損壞。第四，因蒸汽品質不佳而造成的損壞。蒸汽品質不佳勢必會使汽輪機葉片結垢，進而造成汽輪機葉片損壞。與此同時，汽輪機葉片結垢后還會造成通道減少，級焓降增加，汽輪機葉片應力增加，也就使得汽輪機葉片強度不斷降低。第五，因真空過高或過低而造成的損壞。如果真空過高，那么末級葉片就會處于過負荷狀態之下，濕度增大，葉片水蝕速度加快，引發汽輪機葉片損壞。如果真空過低且維持最大出力不變時，就會造成最后幾級汽輪機葉片處于過負荷狀態，引發汽輪機葉片損失。第六，因水沖擊而造成的損壞。由于現今汽輪機機組的汽水系統十分復雜，也進一步增加了汽輪機機組進水的可能性，一旦蒸汽與水一起進入到汽輪機組之中，就會產生水擊，造成汽缸等部件變形，使得汽輪機葉片發生損壞。第七，因機組振動過大而造成的損壞。因為啟動、停機、增減負荷時的操作存在不恰當之處而造成動靜部分發生摩擦，導致汽輪機葉片發生損壞。

3 汽輪機葉片損壞的預防措施

3.1 從電網頻率管理方面入手采取有效的預防措施

第一，根據汽輪機葉片損壞事故發生情況的統計可知，因為電網頻率偏離正常值而造成的汽輪機葉片損壞問題尤為常見，因此，要想有效預防汽輪機葉片損壞問題，就必須要將電網始終控制在額定頻率之下，使其始終運行在允許變動的范圍之內。所以，必須要對電網頻率進行嚴格管理。第二，要盡可能避免汽輪機組處于過負荷、低頻率的運行狀態之下。尤其是對于必須要超過負荷運行的汽輪機組，應該對其進行熱力計算以及強度核算，當強度被允許以后方可繼續運行。第三，加強對汽輪機組運行的監視。如今大容量的汽輪機組正在不斷增加，啟停與運行操作越發復雜，也就更容易造成汽輪機葉片的損壞。因此，無論是汽輪機組的啟停，還是汽輪機組的運行，都必須要加強對其運行參數的實時監視，嚴格執行相應的規章制度，合理進行啟停，以避免汽輪機組在實際的運行過程中出現參數劇烈波動問題。第四，加強對汽水品質的監督工作。為了盡可能的防止汽輪機葉片出現結垢問題，應該加強對汽水品質的監督工作，經常傾聽汽輪機內部的聲音，仔細觀察汽輪機葉片的振動情況，對汽壓數值與凝結水水質情況進行仔細分析，從而及時處理汽輪機葉片損壞問題，避免事故問題進一步擴大。

3.2 從檢修管理方面入手采取有效的預防措施

第一，為每臺汽輪機的主要級葉片建立相對完善的技術檔案。在新裝汽輪機組時，應該在投入運行之前對汽輪機葉片的實際振動特性實施全面的測定。對那些不調頻的汽輪機葉片，還要對頻率分散率進行檢驗。此外，還要對調頻葉片的共振安全率實施鑒定。如果此時發現汽輪機葉片已經落入到了共振狀態之下，就必須及時采取相應措施，給予必要的調整。第二，認真仔細的檢修各級葉片、拉金、圍帶。如果發現各級葉片、拉金、圍帶存在缺陷或者是懷疑存在缺陷問題，必須及時予以處理、消除。而對于那些存在裂紋的葉根則必須要進行探傷。目前主要采取超聲波探傷方法，該方法不僅能夠檢查出汽輪機葉片、葉輪等部位的表面是否存在裂紋，還能夠檢查出葉根處是否存在裂紋。第三，如果噴嘴葉片發生了彎曲變形問題，必須要給予及時的校正，清理干凈流通部分，并對遺留的雜物進行清理。第四，在起吊搬運汽輪機葉片時要防止汽輪機葉片發生碰損。對汽輪機葉片實施噴砂清洗時必須確保砂粒的均勻細致，不允許使用堅硬的工具修刮汽輪機葉片。在用葉片酸清洗葉片時要避免出現沖刷過度問題，并及時將酸液清洗干凈，防止出現腐蝕問題。

4 結語

汽輪機葉片損壞作為電廠最為常見的一種設備損壞故障，其對汽輪機乃至整個電廠的安全運行而言都有著至關重要的作用。尤其是汽輪機葉片的形狀十分復雜且工作條件惡劣，加之不免會受到設計、制造、安裝、運行維護等諸多因素的不利影響，也就使其損壞事故頻頻發生。所以，要想有效解決這一問題，就必須從汽輪機葉片故障發生時的特點入手加以深入研究與分析，從而找尋出有效的預防措施，將可能面臨的損失降至最低，更好地為電廠服務。

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[4] 秦文防. 汽輪機葉片損壞事故分析[J].通用機械，2012，(01) ：55-56.

Damage causes of steam turbine blades and preventive measures

LIU Bo, WANG Wei-biao

(Harbin Electric Co., Ltd., Harbin 150028, China)

Steam turbine blades are one of the most important parts of steam turbine. The safety and reliability of steam turbine blades directly affect the operation safety of steam turbine. Therefore, in order to ensure the safe and stable operation of the steam turbine, it is necessary to study the causes of the damage of turbine blades and find out the occurrence rule of steam turbine blades, so as to formulate scientific and reasonable preventive measures.

Steam turbine; Leaf damage cause; Precautionary measures

2017-04-06

劉博(1982-)，男，本科，工程師。

TK268

B

1674-8646(2017)13-0025-02