1 000 MW汽輪發電機轉子葉片損傷分析及處理

摘 要：針對某電廠在1 000 MW機組檢查性大修中發現的發電機轉子葉片損傷缺陷，全面分析了缺陷原因，并有針對性地提出了處理方案和防范措施，為避免同類型機組在基建及檢修過程中發生類似問題提供了參考和借鑒。

關鍵詞：檢查性大修;葉片損傷;原因;措施

0? ? 引言

某電廠1 000 MW汽輪發電機組首次解體大修，拆下發電機轉子第一塊靜葉座（12點方向）以后，發現轉子第二級動葉（5片）存在彎曲變形，第二級靜葉整圈根部有V字型豁口，拆除全部靜葉座后發現8點鐘方向安裝的8片靜葉根部損傷較嚴重。

拆下靜葉支座，勵側向汽側數第二級動葉5片變形（圖1），變形方向為逆時針方向（從汽側看）;勵側向汽側數第二級靜葉（126片）根部整體受損，其中8片靜葉片受損較嚴重（圖2），缺口最深處約12 mm。

抽出轉子后檢查，定子膛內清潔無損傷、未見異物遺留;轉子風扇座發現少量金屬屑（經光譜檢測為鋁屑，與靜葉材質相符）。

測量變形動葉片移出動葉片整體邊緣尺寸最大約30 mm（圖3）。

1? ? 檢查情況

1.1? ? 基本概況

該電廠發電機型號為QFSN-1000-2，額定功率1 000 MW，額定電壓27 kV，額定電流23 778 A，額定勵磁電壓437 V，額定勵磁電流5 887 A。

發電機[1]采用水氫氫冷卻方式，發電機內冷卻氣體由汽端軸上的多級軸流風扇進行循環。風扇與轉子本體出風口排出氣體所產生的壓力一起作用于冷卻轉子繞組。

發電機轉子軸流風扇采用動靜扇葉結構設計，由安裝于轉子風扇座4級動葉片和安裝于大端蓋靜葉座的5級靜葉片組成。轉子動葉片材質為鍛鋼21Cr12MoV，靜葉片材質為鍛鋁2A50。

1.2? ? 解體前動靜葉間隙測量情況

靜葉座拆出前測量靜葉片與動葉風扇座間隙最大2.1 mm、最小1.9 mm，標準1.6～2.6 mm，符合安裝手冊標準。

1.3? ? 基建安裝記錄

檢查基建期發電機風扇間隙測量安裝記錄，動靜葉片間R值為（26+7）mm，標準為（32±2）mm，在調整汽輪機聯軸器間隙時需增加7 mm余量，但在調整時未見相關記錄。

1.4? ? 機組運行情況

該汽輪發電機于2019年7月22日開始啟動試運，調閱汽輪發電機DCS振動歷史趨勢，2019年7月22日汽輪機沖轉至3 000 r/min，#7、#8軸承振動出現正弦波波形趨勢，帶負荷后正弦波振動波形明顯，#8軸承振動值呈現增長趨勢，滿負荷時振動最高達125 μm（報警值83 μm，跳閘值130 μm）。

1.5? ? 發電機轉子動平衡調整情況

（1）2019年8月14日，在勵發聯軸器增加平衡塊后，#8軸承振動最大值從126 μm變化為68～105 μm波動，#7軸承振動最大值從89 μm變化為54～94 μm波動。

（2）2019年10月6日，在汽發、勵發聯軸器增加平衡塊后，#8軸承振動在32～96 μm范圍波動，#7軸承振動在52～101 μm范圍波動，#3軸承振動在43～94 μm范圍波動，#2軸承振動在48～105 μm范圍波動。

（3）2020年1月16日，根據2019年10月6日在汽發、勵發聯軸器增加平衡塊后的運行振動數據，對勵發聯軸器平衡塊進行了調整，調整后#8軸承振動在34～100 μm范圍波動，#7軸承振動在38～92 μm范圍波動，#3軸承振動在42～77 μm范圍波動，#2軸承振動在45～86 μm范圍波動。

2? ? 原因分析

發電機轉子動、靜葉片碰擦損傷的可能原因分析如下。

2.1? ? 異物進入造成葉片碰磨損傷

抽出轉子后檢查定子、轉子，除少量金屬碎屑外均未發現明顯異物，基本排除異物進入導致葉片損傷因素。

2.2? ? 動、靜葉片間隙過小，運行中碰磨損傷

因動、靜葉片間隙一致，運行中如振動導致碰磨則會整圈葉片發生碰磨，故基本排除該原因。

動葉片運行中與靜葉片座碰擦變形，在負荷上升轉子膨脹時發生動、靜葉片碰擦?，F場檢查第二級靜葉片座與動葉片相鄰位置無明顯碰磨刮擦痕跡，基本排除該原因。

2.3? ? 基建安裝時部分動葉片彎曲造成碰磨

發電機轉子動、靜葉片碰擦先決條件：轉子動葉片與靜葉片間距在熱態運行時超出說明書[1]規定的裝配間隙R值范圍（32±2）mm。判斷轉子第二級5片動葉片在施工環節先行碰擦變形，轉子振動整體呈現不平衡的趨勢，隨負荷上升，轉子膨脹增加，先期變形的動葉與靜葉片碰擦導致靜葉整圈根部損傷。

注：動葉片變形最大偏移值達30 mm，轉子膨脹量按4 mm計算，兩者疊加處于動、靜葉片最大R值范圍，發生碰擦可能性極大。另外如原始R值為26 mm，則運行中動、靜葉片必然發生碰擦。

2.4? ? 分析結論

綜上，經該電廠技術人員會同相關專家共同分析判斷，發電機轉子動、靜葉片碰擦損傷的原因為：基建施工期轉子第二級部分動葉片先行碰擦變形，機組運行后，隨著負荷上升，轉子膨脹增加，先期變形的動葉片與靜葉片碰擦導致靜葉整圈根部損傷。

3? ? 處理及防范措施

3.1? ? 處理措施

在發現該發電機動、靜葉片缺陷后，立即協調主機廠準備葉片加工材料，制訂維修方案。

（1）將靜葉片含底座整體組裝后返回主機廠，根據實際尺寸加工合格的靜葉片，經精修后探傷合格，整體返回安裝。

（2）加工動葉片5片，由主機廠技術人員到該電廠安裝動葉片，與其他完好動葉片配葉頂高度，要求與完好葉片葉頂最大高度偏差在-0.3～0 mm。

（3）檢查發電機轉子其他部位無損傷，檢查定子各部無損傷，各項試驗均合格;對轉子、定子、冷卻器各部進行全面的檢查、清掃。

3.2? ? 防范措施

（1）轉子動、靜葉片安裝后必須經金相檢測合格。

（2）發電機穿轉子過程中嚴格執行防護措施，防止動葉片在穿轉子過程中損傷。

（3）發電機靜葉片及支座復裝時必須嚴格按照出廠說明書安裝工序進行，安裝時使用專用工具，防止因操作不當造成動、靜葉片損傷。

（4）組織對靜葉座復裝過程中可能造成葉片損傷的工序進行風險點分析，制訂防范措施，并組織施工人員進行學習，落實好防范措施。

（5）發電機靜葉片及支座復裝過程中必須執行好動、靜葉片軸向、徑向間隙的測量，測量過程中要有檢修單位、電廠各級檢修、驗收人員到場見證，過程要進行錄像留證，防止安裝過程不可追溯。

（6）發電機損壞的動、靜葉片更換后會對整體的平衡造成影響，啟機前需組織主機廠、振動方面專家到場，針對啟機、沖轉、并網可能發生的振動影響進行評估、調整，防止振動影響機組后續的安全運行。

4? ? 結語

該電廠在發電機首次檢查性大修中發現轉子動、靜葉片損傷，經全面分析，判斷為基建施工期碰擦到動葉片，機組帶負荷后隨著轉子膨脹，先期變形的動葉片與靜葉片碰擦導致靜葉整圈根部損傷。

通過制訂切實可行的處理方案，更換變形的損傷葉片后，發電機運行穩定可靠，正弦波振動問題已得到有效解決。

由于發現較及時，該廠發電機轉子葉片損傷未造成嚴重的后果，但本文也給處于基建期或投產后未對發電機抽轉子檢修的發電廠提供了警示和借鑒：一要嚴把基建施工階段的質量工藝驗收關口;二要重視首次解體檢查性大修的作用，該解體的設備一定要解體，避免重大設備隱患遺留。

[參考文獻]

[1] 上海電氣電站設備有限公司發電機廠.1 000 MW等級發電機安裝說明書[Z]，2016.

收稿日期：2021-08-11

作者簡介：王傳剛（1980—），男，山東臨邑人，工程師，從事發電廠及電力系統工作。