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)葉片損壞時的常見征象

單個汽輪機(jī)葉片或者是圍帶發(fā)生斷落飛出時，會發(fā)出金屬的撞擊聲；調(diào)節(jié)級的圍帶出現(xiàn)飛脫問題時堵在了下一級的葉片之上，或者是調(diào)節(jié)級之后的某級葉片發(fā)生斷落時堵塞了通流部分，調(diào)節(jié)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(nèi)，其內(nèi)部就會發(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)水冷卻度均會突然增高、增大；汽輪機(jī)葉片不對稱脫離較多的時候，轉(zhuǎn)子就會不平衡，機(jī)組振動就會明顯增大。

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，因為振動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，因為汽輪機(jī)葉片頻率不合格而在實際運(yùn)行過程中產(chǎn)生共振引發(fā)損壞的現(xiàn)象十分常見。如果擾動力過大，很有可能汽輪機(jī)葉片在運(yùn)行幾個小時內(nèi)就會發(fā)生損壞事故。與此同時，發(fā)生損壞事故的時長與振動特性、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)計不當(dāng)而造成的損壞。在汽輪機(jī)葉片設(shè)計過程中，其應(yīng)力設(shè)計過高、柵結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、振動強(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)個別的汽輪機(jī)葉片十分薄且柳釘應(yīng)力過大時，柳裝圍帶就會出現(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)組葉片在長時間運(yùn)轉(zhuǎn)下，其材料的疲勞性能、衰減性能勢必會變得更差，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)葉片時的加工工藝不夠嚴(yán)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(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)葉片的振動特性往往按照相應(yīng)的運(yùn)行頻率設(shè)計，所以，當(dāng)降低電網(wǎng)頻率時，就會使得汽輪機(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，其每一級的葉片應(yīng)力都會有所增加，特別是最后幾級的葉片應(yīng)力增加最為明顯，并且葉片應(yīng)力會隨著蒸汽流量的不斷增加呈現(xiàn)出相應(yīng)的正比態(tài)勢，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，就會使得汽輪機(jī)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(yīng)力過于集中造成汽輪機(jī)葉片的損壞。同時，當(dāng)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(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)不佳勢必會使汽輪機(jī)葉片結(jié)垢，進(jìn)而造成汽輪機(jī)葉片損壞。與此同時，汽輪機(jī)葉片結(jié)垢后還會造成通道減少，級焓降增加，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，那么末級葉片就會處于過負(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，就會造成最后幾級汽輪機(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)組振動過大而造成的損壞。因為啟動、停機(jī)、增減負(fù)荷時的操作存在不恰當(dāng)之處而造成動靜部分發(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)計可知，因為電網(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)行在允許變動的范圍之內(nèi)。所以，必須要對電網(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。尤其是對于必須要超過負(fù)荷運(yùn)行的汽輪機(jī)組，應(yīng)該對其進(jìn)行熱力計算以及強(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)對其運(yùn)行參數(shù)的實時監(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)組在實際的運(yùn)行過程中出現(xiàn)參數(shù)劇烈波動問題。第四，加強(qiáng)對汽水品質(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)葉片的振動情況，對汽壓數(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，為每臺汽輪機(jī)的主要級葉片建立相對完善的技術(shù)檔案。在新裝汽輪機(jī)組時，應(yīng)該在投入運(yùn)行之前對汽輪機(jī)葉片的實際振動特性實施全面的測定。對那些不調(diào)頻的汽輪機(jī)葉片，還要對頻率分散率進(jìn)行檢驗。此外，還要對調(diào)頻葉片的共振安全率實施鑒定。如果此時發(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)的檢修各級葉片、拉金、圍帶。如果發(fā)現(xiàn)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(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，必須要給予及時的校正，清理干凈流通部分，并對遺留的雜物進(jìn)行清理。第四，在起吊搬運(yùn)汽輪機(jī)葉片時要防止汽輪機(jī)葉片發(fā)生碰損。對汽輪機(jī)葉片實施噴砂清洗時必須確保砂粒的均勻細(xì)致，不允許使用堅硬的工具修刮汽輪機(jī)葉片。在用葉片酸清洗葉片時要避免出現(xiàn)沖刷過度問題，并及時將酸液清洗干凈，防止出現(xiàn)腐蝕問題。

4 結(jié)語

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，其對汽輪機(jī)乃至整個電廠的安全運(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，加之不免會受到設(shè)計、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