在火电厂、核电厂机组运行过程中,汽轮机叶片工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中,经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用,再加上难以避免的设计、制造、安装质量及运行工况、检修工艺不佳等因素的影响,常会出现损坏,轻则引起汽轮发电机组振动,重则造成飞车事故。因此,汽轮机叶片的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电厂的安全、满发。
汽轮机叶片事故长期困扰电厂机组的安全经济运行。从国内统计数据看,叶片损坏事故占汽轮机事故的30%。
叶片损坏的位置,从围带到叶根都有。据日本历年的统计资料,各部位出现损坏的百分率见表1。此外,汽轮机各级叶片的损坏机会是不均匀的,据美国对50台大型机组的统计,叶片事故几乎全发生在低压缸内,其中末级占20%,次末级占58%,而且集中区是高压第一级,即调节级。据日本的统计,也有20%的事故发生于此。因此,在汽轮机设计和运行时,均应注意这些部位。
叶片损坏的原因是多方面的,可以从不同角度加以分析。例如,从发生的机理区分,60%~80%的损坏原因是振动;从责任范围区分,可归纳为设计、制造、安装、运行和老化等。在实际工作中,如果能及时找出主要原因,掌握叶片事故前后的征兆,采取相应措施,就能避免事故的发生,提高机组的使用寿命和安全可靠性。
1近年来大型机组叶片损坏概况
从近年来发生的17例叶片故障统计中,笔者分析了上海汽轮机有限公司、哈尔滨汽轮机有限责任公司、东方汽轮机厂、北京重型电机厂(表中简称上汽、哈汽、东汽、北重)生产的以及美国、日本、前苏联和欧洲一些国家引进的200MW以上超高压、亚临界及超临界压力大功率汽轮机叶片故障。这些故障造成叶片损坏的形式分为损坏(丧失基本功能,危及安全)和损伤(降低经济性,能安全使用)。叶片损坏形式:折断、裂纹、扭弯、二次损坏及其它;叶片损伤形式:蜂窝状、开焊、麻点、锈蚀、擦伤。
2叶片故障原因分析
2.1叶片故障的特点
(1)叶片故障发生在低压缸的有13例,占统计总数的82.35%,而末级叶片损坏又为多发部位,有9例,占统计总数的52.94%,调速级有2例,占统计总数11.76%,中间级所占比例很小。
(2)运行维护方面的问题是近期引起叶片损坏的主要原因。由于1996年以来大部分地区电力负荷需求不旺,致使大机组长期在低负荷下运行。而许多大机组末级叶片按常规基本负荷设计,没有考虑调峰运行和高背压运行的需要,在小容积流量下长期运行的性能及对寿命损耗的影响难以确定。由于当时技术水平的限制,叶片未能按三元流方法设计,因而气动性能较差。末级反动度沿叶高变化剧烈,叶型顶部的反动度大,底部的反动度小。后者愈小,在部分负荷运行时愈容易产生脱流,进而增大叶片动应力响应,并产生出汽边水冲蚀。这使末级叶片运行环境更差,叶片更容易出故障。
(3)引进机组叶片损坏多为叶片设计制造问题。
(4)调节级动叶及喷嘴受固体粒子冲蚀严重,由于不影响安全运行,没有引起足够重视,但它直接影响机组效率。
2.2叶片损坏原因
2.2.1设计原因
(1)叶片振动特性设计不准,使叶片及轮系发生共振,而引起叶片断裂。占统计总数的23.53%;
(2)叶片设计动强度不足,使叶片出现故障。占统计总数的17.65%。
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