劉 博，王威彪

(哈爾濱電氣股份有限公司，哈爾濱 150028)

汽輪機(jī)葉片損壞原因及其預(yù)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(jī)葉片作為汽輪機(jī)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(jī)的運(yùn)行安全。而造成汽輪機(jī)葉片損壞的因素十分復(fù)雜多變，所以，要想確保汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須認(rèn)真研究造成汽輪機(jī)葉片損壞的各種原因，尋找其發(fā)生規(guī)律，從而制定出科學(xué)合理的預(yù)防措施。

汽輪機(jī)；葉片損壞原因；預(yù)防措施

1 汽輪機(jī)葉片損壞時(shí)的常見征象

單個(gè)汽輪機(jī)葉片或者是圍帶發(fā)生斷落飛出時(shí)，會(huì)發(fā)出金屬的撞擊聲；調(diào)節(jié)級(jí)的圍帶出現(xiàn)飛脫問題時(shí)堵在了下一級(jí)的葉片之上，或者是調(diào)節(jié)級(jí)之后的某級(jí)葉片發(fā)生斷落時(shí)堵塞了通流部分，調(diào)節(jié)級(jí)的汽室壓力以及某些抽汽壓力勢(shì)必會(huì)有所升高；低壓末級(jí)葉片或者是圍帶飛脫落入到凝汽器內(nèi)，其內(nèi)部就會(huì)發(fā)出碰擊聲音，一旦將凝汽器的銅管打破，凝結(jié)水硬度、電導(dǎo)率、熱井水位，凝結(jié)水冷卻度均會(huì)突然增高、增大；汽輪機(jī)葉片不對(duì)稱脫離較多的時(shí)候，轉(zhuǎn)子就會(huì)不平衡，機(jī)組振動(dòng)就會(huì)明顯增大。

2 造成汽輪機(jī)葉片損壞的基本原因

2.1 因汽輪機(jī)葉片本身問題而造成的損壞

第一，因?yàn)檎駝?dòng)特性不合格而造成的損壞。在常見的汽輪機(jī)葉片損壞事故中，因?yàn)槠啓C(jī)葉片頻率不合格而在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生共振引發(fā)損壞的現(xiàn)象十分常見。如果擾動(dòng)力過大，很有可能汽輪機(jī)葉片在運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就會(huì)發(fā)生損壞事故。與此同時(shí)，發(fā)生損壞事故的時(shí)長(zhǎng)與振動(dòng)特性、葉片結(jié)構(gòu)、材料性能、制造加工質(zhì)量等也有必然聯(lián)系。第二，因設(shè)計(jì)不當(dāng)而造成的損壞。在汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)過程中，其應(yīng)力設(shè)計(jì)過高、柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、振動(dòng)強(qiáng)調(diào)特性不合格都有可能致使汽輪機(jī)葉片發(fā)生損壞。尤其是當(dāng)個(gè)別的汽輪機(jī)葉片十分薄且柳釘應(yīng)力過大時(shí)，柳裝圍帶就會(huì)出現(xiàn)裂紋。第三，因材料不良而造成的損壞。制造汽輪機(jī)葉片的材料機(jī)械性能較差且金屬組織存在缺陷、裂紋等問題，汽輪機(jī)組葉片在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)下，其材料的疲勞性能、衰減性能勢(shì)必會(huì)變得更差，進(jìn)而引發(fā)汽輪機(jī)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(jī)葉片時(shí)的加工工藝不夠嚴(yán)格，就會(huì)致使葉片表面粗糙度不夠好、留有一定的加工刀痕、扭轉(zhuǎn)葉片的接刀處不當(dāng)、圍帶柳釘孔尺寸不夠準(zhǔn)確等問題，從而使應(yīng)力過于集中，造成汽輪機(jī)葉片發(fā)生損壞。有時(shí)為了能夠防止水蝕問題而采取必要的防護(hù)措施，這些防護(hù)措施的工藝不夠良好也會(huì)使得汽輪機(jī)葉片發(fā)生損壞。

2.2 因汽輪機(jī)運(yùn)行方面的問題而造成的損壞

第一，因偏離了額定頻率運(yùn)行而造成的損壞。通常來講，汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)特性往往按照相應(yīng)的運(yùn)行頻率設(shè)計(jì)，所以，當(dāng)降低電網(wǎng)頻率時(shí)，就會(huì)使得汽輪機(jī)葉片的共振安全率產(chǎn)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而落入到共振的運(yùn)行狀態(tài)之下，加速了汽輪機(jī)葉片的損壞程度。第二，因過負(fù)荷運(yùn)行而造成的損壞。通常情況下，汽輪機(jī)組處于過負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，其每一級(jí)的葉片應(yīng)力都會(huì)有所增加，特別是最后幾級(jí)的葉片應(yīng)力增加最為明顯，并且葉片應(yīng)力會(huì)隨著蒸汽流量的不斷增加呈現(xiàn)出相應(yīng)的正比態(tài)勢(shì)，進(jìn)一步加劇了葉片損壞。第三，因氣溫過低而造成的損壞。當(dāng)新蒸汽的溫度過低時(shí)，就會(huì)使得汽輪機(jī)最后幾級(jí)的葉片濕度不斷增大，葉片受到的沖蝕也不斷加劇，應(yīng)力過于集中造成汽輪機(jī)葉片的損壞。同時(shí)，當(dāng)新蒸汽的溫度過低而出力不降低時(shí)，流量熱勢(shì)必會(huì)被不斷增加，致使汽輪機(jī)葉片處于過負(fù)荷狀態(tài)之下，造成汽輪機(jī)葉片損壞。第四，因蒸汽品質(zhì)不佳而造成的損壞。蒸汽品質(zhì)不佳勢(shì)必會(huì)使汽輪機(jī)葉片結(jié)垢，進(jìn)而造成汽輪機(jī)葉片損壞。與此同時(shí)，汽輪機(jī)葉片結(jié)垢后還會(huì)造成通道減少，級(jí)焓降增加，汽輪機(jī)葉片應(yīng)力增加，也就使得汽輪機(jī)葉片強(qiáng)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(jí)葉片就會(huì)處于過負(fù)荷狀態(tài)之下，濕度增大，葉片水蝕速度加快，引發(fā)汽輪機(jī)葉片損壞。如果真空過低且維持最大出力不變時(shí)，就會(huì)造成最后幾級(jí)汽輪機(jī)葉片處于過負(fù)荷狀態(tài)，引發(fā)汽輪機(jī)葉片損失。第六，因水沖擊而造成的損壞。由于現(xiàn)今汽輪機(jī)機(jī)組的汽水系統(tǒng)十分復(fù)雜，也進(jìn)一步增加了汽輪機(jī)機(jī)組進(jìn)水的可能性，一旦蒸汽與水一起進(jìn)入到汽輪機(jī)組之中，就會(huì)產(chǎn)生水擊，造成汽缸等部件變形，使得汽輪機(jī)葉片發(fā)生損壞。第七，因機(jī)組振動(dòng)過大而造成的損壞。因?yàn)閱?dòng)、停機(jī)、增減負(fù)荷時(shí)的操作存在不恰當(dāng)之處而造成動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦，導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片發(fā)生損壞。

3 汽輪機(jī)葉片損壞的預(yù)防措施

3.1 從電網(wǎng)頻率管理方面入手采取有效的預(yù)防措施

第一，根據(jù)汽輪機(jī)葉片損壞事故發(fā)生情況的統(tǒng)計(jì)可知，因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率偏離正常值而造成的汽輪機(jī)葉片損壞問題尤為常見，因此，要想有效預(yù)防汽輪機(jī)葉片損壞問題，就必須要將電網(wǎng)始終控制在額定頻率之下，使其始終運(yùn)行在允許變動(dòng)的范圍之內(nèi)。所以，必須要對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行嚴(yán)格管理。第二，要盡可能避免汽輪機(jī)組處于過負(fù)荷、低頻率的運(yùn)行狀態(tài)之下。尤其是對(duì)于必須要超過負(fù)荷運(yùn)行的汽輪機(jī)組，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行熱力計(jì)算以及強(qiáng)度核算，當(dāng)強(qiáng)度被允許以后方可繼續(xù)運(yùn)行。第三，加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)組運(yùn)行的監(jiān)視。如今大容量的汽輪機(jī)組正在不斷增加，啟停與運(yùn)行操作越發(fā)復(fù)雜，也就更容易造成汽輪機(jī)葉片的損壞。因此，無論是汽輪機(jī)組的啟停，還是汽輪機(jī)組的運(yùn)行，都必須要加強(qiáng)對(duì)其運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)章制度，合理進(jìn)行啟停，以避免汽輪機(jī)組在實(shí)際的運(yùn)行過程中出現(xiàn)參數(shù)劇烈波動(dòng)問題。第四，加強(qiáng)對(duì)汽水品質(zhì)的監(jiān)督工作。為了盡可能的防止汽輪機(jī)葉片出現(xiàn)結(jié)垢問題，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)汽水品質(zhì)的監(jiān)督工作，經(jīng)常傾聽汽輪機(jī)內(nèi)部的聲音，仔細(xì)觀察汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)情況，對(duì)汽壓數(shù)值與凝結(jié)水水質(zhì)情況進(jìn)行仔細(xì)分析，從而及時(shí)處理汽輪機(jī)葉片損壞問題，避免事故問題進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.2 從檢修管理方面入手采取有效的預(yù)防措施

第一，為每臺(tái)汽輪機(jī)的主要級(jí)葉片建立相對(duì)完善的技術(shù)檔案。在新裝汽輪機(jī)組時(shí)，應(yīng)該在投入運(yùn)行之前對(duì)汽輪機(jī)葉片的實(shí)際振動(dòng)特性實(shí)施全面的測(cè)定。對(duì)那些不調(diào)頻的汽輪機(jī)葉片，還要對(duì)頻率分散率進(jìn)行檢驗(yàn)。此外，還要對(duì)調(diào)頻葉片的共振安全率實(shí)施鑒定。如果此時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)葉片已經(jīng)落入到了共振狀態(tài)之下，就必須及時(shí)采取相應(yīng)措施，給予必要的調(diào)整。第二，認(rèn)真仔細(xì)的檢修各級(jí)葉片、拉金、圍帶。如果發(fā)現(xiàn)各級(jí)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(shí)予以處理、消除。而對(duì)于那些存在裂紋的葉根則必須要進(jìn)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(jī)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(fā)生了彎曲變形問題，必須要給予及時(shí)的校正，清理干凈流通部分，并對(duì)遺留的雜物進(jìn)行清理。第四，在起吊搬運(yùn)汽輪機(jī)葉片時(shí)要防止汽輪機(jī)葉片發(fā)生碰損。對(duì)汽輪機(jī)葉片實(shí)施噴砂清洗時(shí)必須確保砂粒的均勻細(xì)致，不允許使用堅(jiān)硬的工具修刮汽輪機(jī)葉片。在用葉片酸清洗葉片時(shí)要避免出現(xiàn)沖刷過度問題，并及時(shí)將酸液清洗干凈，防止出現(xiàn)腐蝕問題。

4 結(jié)語(yǔ)

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

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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