如何防范汽轮机叶片损坏

如何防范汽轮机叶片损坏

汤本保

(大唐淮南田家庵发电厂设备维修部安徽淮南232000)

摘要：随着汽轮机容量的不断的增大，汽轮机叶片的长度也会相应的增大，金属材料的安全系数会有所下降。所以，采取措施防范叶片损坏，提高叶片的安全运行，对于汽轮机组来说是十分重要的。

关键词：汽轮机叶片；叶片断裂：叶片损伤

一、汽轮机叶片概述

汽轮机换叶片即汽轮机中动静叶片用钢的总称。汽轮机叶片受高温、高压蒸汽的作用，工作中承受着较大的弯矩，高速运转中的动叶片还要承受很高的离心力；处于湿燕汽区的叶片，特别是末级，要经受电化学腐蚀及水滴冲蚀。动叶片还要承受很复杂的激振力。因此，叶片用钢应满足以下要求：

①有足够的室温、高温力学性能和抗姗变性能，

②有高的抗振动衰减能力；

③高的组织稳定性；

④良好的耐腐蚀和抗冲蚀能力；

⑤良好的工艺性能。

叶片材料应用ICrl3、ZCrz3等及以此为基含有Mo、W、Nb、B、Ni等强化元素的12%一13%Cr钢，有良好的抗振性能和抗腐蚀性能，成为汽轮机叶片的主要材料但在某些工作温度簇400℃和要求抗腐蚀性不高的过热燕汽区工作的叶片，可用一些低合金钢制作叶片以降低造价，如ZoerMo、ZsMnZv及15MnMoVCu等。在湿蒸汽区工作的叶片需用抗腐蚀性高的不锈钢，并随着使用温度的提高及叶片尺寸的加大要使用有更高高温强度或强度的叶片用钢材料。Icr13、2Cr13等可用于工作温度簇45℃叶片。温度超过500℃，需在ICr13型的基础上，加入多元合金元素Mo、W、Nb、B、Ni等强化的钢。

二、叶片损坏的主要原因

汽轮机叶片损坏的原因很多，主要有以下几种情况:

（1）机械损伤。外来的杂物穿过滤网或滤网本身损坏，进入汽轮机内，造成叶片损伤；汽缸内部的紧固件松动，零件脱落，造成叶片严重损伤；由于机组振动强烈动静产生摩擦，造成叶片损伤；叶片本身疲劳产生裂纹，也会造成叶片的损伤。

（2）水力冲击损伤。水冲击时，叶片的应力和冲击载荷增加，受到骤然冷却的影响，叶片进、出汽侧会产生裂纹和扭曲。水力冲击还会使叶片的拉筋断裂，改变了叶片的形状和连接形式，降低了叶片的工作强度，由于振动频率的改变，使叶片因共振造成断裂。

（3）腐蚀、锈蚀损伤。叶片的腐蚀损伤发生在进入湿蒸汽的各级叶片，由于干湿交替变化腐蚀介质浓缩，会使叶片的抗振强度下降。对于钢质叶片来说，主要是应力腐蚀产生。还有汽轮机停运时，蒸汽漏入也会使叶片锈蚀。叶片受到侵蚀后振动频率的改变，是叶片因应力过大或共振疲劳断裂。

（4）水蚀损伤。水蚀是蒸汽中的水分对叶片作用造成的一种机械损伤。水蚀一般发生在低压的末级叶片上，因其湿度大所以较为明显和突出。

（5）叶片自身存在缺陷。由于叶片振动频率不合格，运行时产生共振，在这种情况下，叶片的动应力很大会使其损伤；叶片在设计时选用应力过高，叶栅结构不合理；材质达不到要求或是错用材料，叶片金属组织存在缺陷或是夹渣。叶片在长期的运行后，材料的疲劳和共振性能的衰减都会导致叶片的损坏；加工时工艺不高，如光洁度达不到要求、扭转叶片的接刀不当等都会使叶片的应力集中，从而引起叶片损伤；叶片在连接件焊接过程中，发生材质超温，使其机械性能和抗振强度下降，造成叶片在运行时应力过大，损坏叶片。

（6）由于运行操作不当，造成叶片损伤。偏离了额定的周波运行，使汽轮机转速降到了共振的范围，叶片因共振断裂受损；过负荷运行，使叶片的工作应力增大，特别是对后几级的叶片损伤更大；进汽参数达不到要求，如：汽压、汽温偏高，真空过高，都会对叶片水蚀产生影响；汽轮机的蒸汽品质达不到要求，使叶片结垢，引起汽蚀。造成通流段部分过负荷。

三、叶片段落前现象

汽轮机叶片断落前，会有一些较明显的现象，只要运行人员注意监视和检查，是可以发现的。

（1）当汽轮机或是凝汽器内部突然出现较大的声响时，运行人员应当引起高度的注意。

（2）振幅和相位发生明显的变化时，机组会产生强烈的振动。原因是叶片断裂，造成转子失去平衡或是摩擦冲击。

（3）如叶片损坏较多时，其通流面积也会改变。运行人员在监视时，会发现同一负荷下，蒸汽流量和调门开度都会发生变化。

（4）若是低压转子叶片断落，会砸伤凝汽器冷却管，使循环水漏入凝结水中，导致凝结水硬度和导电度明显增大；若是在抽气口处的叶片断落，会使抽汽阀门卡涩或是加热器产生故障。

（5）在停机惰走时，会听到金属的摩擦声，而且机组的惰走时间会减少。

（6）当叶片断落后，汽轮机的平衡情况以及轴向推力都会发生变化，导致推力瓦温度和回油温度升高。

四、防止叶片断落的控制措施

（1）应将汽轮机保持在正常范围或额定周波内稳定运行。

（2）汽轮机启停和正常运行中，都应保持各疏水管路及阀门通畅。

（3）注意监视加热器、凝汽器的运行水位，防止发生漫水，叶片受到水冲击。

（4）严格按照运行规程执行，严禁低周波下过负荷运行。

（5）机组正常运行时，巡视倾听缸内的声音。发现异常应及时上报

（6）严密监视各压力断的压力，发现明显变化时应查明原因。

（7）加强蒸汽品质监督，防止叶片结垢造成腐。

（8）停机时间较长时，应做好机组保养工作。

（9）当机组需要在特殊工况下运行时，应详细的核算热力和强度，并限制出力。

（10）机组大修时，必须要进行金属监督。

（11）加强汽轮机振动监视、分析，振动保护可靠投入，发现振动异常上升立即汇报值长，派巡检到就地检查，倾听汽轮机内部是否有金属撞击声，并按以下规定处理:

1)在机组启动过程中，汽轮的轴振动应在0.127mm以下，通过临界转速时，轴承振动超过0.1mm或相对轴振动值超过0.254mm时立即打闸停机。严禁强行通过临界转速或降速暖机。

2)机组运行过程中轴承振动不超过0.03mm或相对轴振动不超过0.08mm,超过时应设法消除，当相对轴振动大于0.254mm应立即打闸停机；当轴承振动变化10.015mm或相对轴振动变化+0.05mm时，应查明原因设法消除，当轴承振动灾然增加0.05mm，应立即打闸停机。

（12）正常运行中根据背压调整负荷，正常运行中背压不能超过43KPa,否则应该降负荷运行，直至背压小于43KPa。低真空保护可靠投入，背压超过65KPa,保护应动作，否则手动停机。

五、结语

综上所述，要从汽轮机叶片的损坏的原因去找对策，只有这样才能有效地防范汽轮机叶片的损坏。