俄制抽凝式供热汽轮机叶片断裂的分析及处理

沈德军

【摘 要】石河子天富南热电有限公司型号为∏T—90＼125—130＼10—2型2×125MW俄制抽凝供热机组，两台机组分别于2006年底、2007年底投产至今，是石河子市冬季供热的主力机组，年额定采暖供热量2×550t/h，工业蒸汽供热量2×220t/h，本文通过对俄制125MW汽轮机次末级叶片损伤原因的分析，介绍了叶片损伤后简化处理措施，达到确保质量、节省检修费用，缩短工期的过程。

【关键词】汽轮机 次末级叶片 断裂 工艺

1 机组概述

#1机组于2009年进行过检查性大修，#2机组进行过两次小修，期间机组参数正常运行平稳。2014年6～8月在分别对两台机组的实施的大修检查中，发现两台机组的低压转子第十五级（次末级）叶片均有不同程度损伤和断裂。

2 叶片损伤情况

2.1 叶片检查

该型汽轮机转子分为高压转子和中低压转子两个部分组成，高压转子由1列速度级和8列压力级组成，中低压转子由16级压力级组成，转子共计25级组成，第24级和25级叶片（次末级和最末级）为自由叶片，级内的各叶片由松拉筋联接。机组高压转子为整体锻造结构，有一个双列复速级和8个压力级。低压转子有16个压力级，前12级与轴整体制造，后4级叶轮为热套装与轴上。低压15、16级为最后两级，没有围带，叶片间各有两道松拉筋相连，叶片进汽侧镶有司太立合金薄片。

2.2 #1机低压转子次末级叶片损伤情况

大修检查发现，其第二十四级（次末级）叶轮上共镶有94个叶片，全部叶片用两道松拉筋串连，发生叶片断裂的共五处（图1），均是从第二道加强筋处（由内向外圈记）断裂，编号为#44 、#45、#58、#90、#93，采用磁性探伤后发现，存在裂纹的叶片有4片，编号分别为#10、#61、#88、#91，裂纹长约5～8mm。

2.3 #2机叶片断裂及损伤情况

大修检查发现，其第二十四级（次末级）94个叶片，断裂叶片9个（图2），分别为 #48、#39、#24、#01、#93、#85、#80、#63、#88，也是从第二道加强筋处（由内向外圈记）断裂，损伤叶片12片，分别为 #53、#61、#62、#46、#38、#33、#15、#14、#6、#86、#41（*）、#71；

两台机组叶片全周为94组，断裂叶片在转子轮盘断面的四个象限上基本呈对称或均布，所以在振动上反映并不明显，其分布简单示意如下（双箭头线为断裂叶片区域）：

3原因分析

3.1 叶片断裂原因分析

两台汽轮机组的次末级叶片均从外侧拉金孔处断开，叶片检查，对叶片的端口形貌宏观检查后发现，损伤叶片的硬度检查基本正常（HB212～262），叶片断口起始均发生在松拉筋的穿孔处，多数叶片存在贝壳纹疲劳裂纹形态。

叶片损伤原因可能来自多个方面，主要有机械损伤、水击损伤、水蚀损伤、质量缺陷、安装缺陷等：

（1）机组启停频繁，转子叶片承受应力大。经查，自2009年 4月#1机大修到2014年5月大修，5年的时间#1机共启动25次，停机24次，其中故障急停6次，有4次为带采暖负荷急停的。平均每年启停5次。机组启停一次引起叶片交变应力的大幅变化，特别是带采暖负荷急停急启的4次，负荷骤升骤降对24级叶片应力影响很大。易使叶片承受强度失效发生断裂。

（2）机组冬季工业采暖抽气负荷大，后汽缸鼓风摩擦频繁。抽汽负荷大的运行工况从后汽缸左右侧温度可以看出。当运行人员增加工业或采暖负荷（关小旋转隔板）以及减低一定电负荷时，到后汽缸的汽量減少到一定程度时，后汽缸温度开始上升，并且左右侧温差也有出现。这种情况发生次数较多，运行人员一般能及时调整。当后汽缸进气量少时，24、25级叶片产生鼓风摩擦而被加热，反之，又降低被冷却。在叶片温度来回升降的作用下，热交变应力下降，易发生断裂。

（3）低压缸疏水不充分，末级叶片工况恶劣。在机组低压缸下缸最低处，即24级叶片下方处，装有一疏水孔，这是机组在安装时，经俄专家变更专门设计的。运行人员在开停机操作时，如对此疏水操作不及时。低压缸底部积水不及时排出，末两级叶片易受到湿度大、水击的危害。25级进气侧司太立合金薄片就有气蚀现象。

（4）非采暖期机组运行时，#1热加汽侧水位有时高到抽汽口的极高位置，即低压缸下部的位置。（图中汽缸下部最大的孔，有两个）因担心#1热加汽侧排水时管道振动或影响真空，运行人员一般不会排水。机组停运时此处存水温度低，开机后积水被加热，产生的汽水直接影响24、25级叶片。严重时会发生水击。当24级叶片受到湿度大的蒸汽长期作用下，应力下降，叶片发生断裂。

3.2调查及分析结论

（1）因配合电网保护需要，两台机组设置了稳控切机自动保护，特别是近两年，经历过系统多次冲击造成的发电机负荷骤增、骤减。

（2）叶片损伤均是从拉筋孔处延展或断裂，说明叶片存在加工或质量缺陷，易在运行中高的交变应力作用下发生材料的疲劳损伤断裂，对照其他同类机组叶片也发生断裂后认为，叶片自身也存在材质、加工缺陷。

4处理情况及效果

4.1叶片的处理原则和方法

4.1.1 处理原则

（1）利用现有手段简化处理，现场修复缩短工期，确保质量；

（2）确保基本电负荷情况下的足量供热。

4.1.2处理方法

（1）经咨询俄罗斯制造厂及国内主机厂指导，大修中采取了只去除损坏叶片的初步处理方案，对已断裂叶片进行倒圆角处理；轮盘对称位置的叶片无论损伤均修磨成一致形状；

（2）对有裂纹叶片钻止裂孔并倒圆角处理；对其他变形叶片探伤检查后不做矫正处理以防产生冷拉裂纹；对所有叶片探伤检查并测频记录；

（3）量取相关尺寸，特别是叶片叶根尺寸，做好备品准备及今后更换准备；

（4）吹扫缸内相关末级疏水孔及外接疏水阀通流情况，对旋转隔板同流尺寸检查均衡度；

（5）叶片检修完毕后进行静平衡检查，开机定速后进行动平衡振动检查；

（6）并网后防止电热负荷突变，限负荷观察至能带基本负荷止，专业分析后制定采暖期详细运行调整方案；

（7）严密监视参数变化，特别是振动变化，做好针对性处理预案，电网稳控切机保护设置转移至其他机组。

4.1.3其他处理措施

继续联系俄方提供相关片加工及装配图纸或备品备件，联系国内厂家测绘加工，创作今后叶片全部更换条件。

4.2运行期间的检查

4.2.1 机组振动情况

自2014年7月机组大修，并网运行投产后，各项指标均合格，特别是振动正常，电负荷能力略有下降，热负荷能力正常。完全能够满足电热负荷的调节要求。

4.2.2 运行预案

（1）对机组启停机的操作加强培训；降低人员误操作造成的故障停机次数；做好外部原因引起机组停运短时间又启动的操作处理预案；运行中严格监视各轴承振动，发现突增及伴随凝结水硬度突然增大，判断为叶片断裂，及时汇报并在参数达极限时果断停机。

（2）机组带采暖负荷运行时，严格按规程规定接待，禁止超参数运行。特别是后汽缸温度及左右温差作为主要依据点。

（3）對低压缸的疏水门操作，进行规范，并写入操作票中。非采暖期机组开机前、运行时及停机后，始终保持#1热加疏水逐级自流门开启，并做好防止机组真空下降的措施。

5结语

通过对两台机组运行一年多来，特别是经历了冬季两个采暖期高电热负荷及变工况运行的考验及严密的技术跟踪监督后分析认为，检修中对机组所做的优化处理措施是有效和可靠的，所采取的措施为仍在电网中运行的承担冬季季节性供热和调峰任务的机组在处理叶片断裂事故时，在确保可靠安全前提下，缩短工期节省费用，探索了另一条有效途径，值得借鉴。

参考文献：

[1]付彦福.浅析火力发电中的热能动力装置的维护与检测[J].商品与质量，2012（S8）.

[2]陈建宇，杨晓亮.火力发电中热能动力装置的维护及检测[J].科技创新与应用，2014（10）.