何晓友
（华能沁北发电有限责任公司 河南济源 459012）
摘要：某汽轮机厂有限责任公司生产的CLN600-24.2/566/566型机组低压转子叶片在运行中断裂,对机组安全稳定运行影响较大。本文对低压转子叶片断裂原因分析以及低压转子叶片断裂的预防措施进行了阐述，对预防某汽轮机厂有限责任公司生产的同类型机组在运行中发生设备损坏事故具有重大的意义。
关键词：低压转子叶片；断裂；预防
前言：某汽轮机厂有限责任公司生产的CLN600-24.2/566/566型汽轮机，为超临界、一次中间再热、三缸四排汽(高中压缸合缸)、单轴、双背压、凝汽式汽轮机，轴系由高中压转子、低压Ⅰ转子、低压Ⅱ转子、发电机转子通过刚性连轴器直接带动发电机工作。汽轮机共有三个汽缸，一个高中压缸和二个低压缸。高中压缸为合缸反流布置，采用双层结构。低压缸为对称分流布置，采用三层缸结构。通流部分共有44级，高压部分有一个调节级和9个压力级，中压部分有6个压力级，低压部分有4×7个压力级。全机有三个转子，分别为高中压转子和二个低压转子，全部为整锻式转子，采用刚性联轴器连接。
高、中压转子动叶片全部为弯扭自带冠叶片，枞树型叶根。低压Ⅰ转子、低压Ⅱ转子动叶片正、反向1－7级为变截面扭曲动叶片；均为自带围带，枞树型叶根结构。其中第1～5级动叶片为型钢铣制而成，第6级为模锻毛坯抛磨而成。所采用的技术依然是反动式结构的匹配方式。末级动叶叶片为锻造制成，自带围带并带凸台拉筋的结构，叶根采用加强型枞树形叶根，与转子上的叶根槽相匹配。动叶片装配后形成整圈连接。动叶片采用枞树型叶根，安装在转子相配的叶根槽内。转子的圆周外表面沿切向加工半圆形的槽，在每片叶片下部与转子上半圆形槽相应的位置钻一销孔，当每片叶片装入叶根槽的相应位置后，将定位销装入销孔中，锁住叶片。叶片按顺序装入，每个叶片的销孔与前一片叶片的定位销一起将叶片固定在转子上。最后一片叶片装入时不用销钉固定，而是通过位于出汽边和进汽边的径向销固定在相邻的叶片上。
随着汽轮机技术的不断进步，600MW汽轮机长周期高效安全运行尤为重要。
一、某发电有限责任公司#3机组叶片运行中断裂情况
2015年11月06日08：29，#3机组主机#4、#5、#6、#7、#8瓦处轴振同时发生不同程度的突变现象，判断为低压Ⅱ转子上出现了较大的质量不平衡。为了避免发生重大设备事故紧急申请停机，2015年11月25日#3机组低压Ⅱ缸揭缸后检查发现以下问题：
#3机组2#低压转子正、反向次末级515mm叶片发生断裂脱落以及开裂的现象，其中正向断裂一片，开裂一片；反向断裂一片，开裂两片共5片叶片。
图1 低压Ⅱ转反向第六级叶片断裂叶片编号97
图2 低压Ⅱ转反向第六级叶片裂纹编号C17-46
图5 低压Ⅱ转反向第六级叶片裂纹编号Y12-17。
某汽轮机厂家技术人员现场更换了#3机组低压II转子断裂脱落的5片叶片，并严格按照某汽轮机厂出具的工艺方案对低压II转子正、反向次末级叶片进行了整圈松装共2圈。
二、低压Ⅱ转子正、反向叶片断裂原因分析
(1) 从叶片断裂以及开裂的位置来看，裂纹源皆位于叶顶围带与叶型过渡圆角处（其中反向97#断裂的叶片，从断口的形貌可见明显的纵向裂纹，因此初步判断裂纹源同样产生于叶顶过渡圆角，而后开裂向纵向发展，最终在削弱处断裂），该部位为应力集中部位[1]。从叶片的装配状态来看，在12点钟位置上，叶片的围带与围带之间没有留出设计要求的间隙，且敲击叶片所发出的声音显示整圈叶片有较大的连接刚性。（见图片6）
图6 低压Ⅱ转反向第六级叶片围带
(2) 叶片围带装配过紧，围带与围带之间产生了附加的接触应力，作用于应力集中部位，最终导致了叶片的断裂以及开裂事故。在设计理念上要求该叶片的装配应有一定的松度，即体现在每片叶片在12点钟位置应与相邻叶片的围带闪出1-3mm的间隙。在此装配状态下，叶片在运行过程中既能有效地形成整圈连接，又能保证围带之间不会产生过大的附加接触应力。然而若在叶片的装配过程中，没有控制好整圈叶片的松紧度，整圈叶片装配过紧或甚至产生了一定的过盈量，就会使叶片在运行过程中，在扭转恢复变形的影响下，围带间产生附加的接触应力，同时由于叶片装配过紧，会提高围带连接刚性，使整圈频率发生变化，频率的避开率不足而影响机组的安全运行[2]。叶片围带装配过紧，围带与围带之间产生了附加的接触应力，作用于应力集中部位，最终导致了叶片的断裂以及开裂事故。
综上所述，某汽轮机厂有限责任公司生产的老515mm叶片存在设计缺陷及现场松装工艺存在质量问题导致某发电有限责任公司低压Ⅱ转子正反向次末级叶片断裂。
三、低压转子正反向断裂叶片的处理方案及预防措施
（1）对低压转子正、反向4-7级515mm叶片进行探伤检查，其中重点检查的部位有叶顶与叶型过渡圆角处和叶根两侧端面，发现有问题的叶片进行更换新叶片。
（2）拆下低压转子正、反向515mm叶片，拆卸前应将叶片与轮缘一一对应进行编号，以便复装时能够按原位置进行回装。
（3）更换的新叶片需与原叶片重力距相近。
（4）按原位置回装叶片。回装叶片时修配叶片的围带背径向面，使每只叶片装入轮槽中都应有1-2mm的摆动量，即能在轮槽中自由摆动，保证整圈的松度。
（5）末叶片必须在12点位置装配。
装配末叶片时，不允许使用楔铁强力胀紧，允许修磨末叶片围带，围带可以存在缺口。
（6）整圈叶片装配完成后，每只叶片在转至4-8点钟范围内，围带间隙应为0.03mm不入；在12点钟位置，测量每片叶片围带保证间隙值应在1-3mm之间。
（7）针对某汽轮机厂有限责任公司生产的CLN600-24.2/566/566型机组，利用机组大修揭缸机会进行低压I、低压II转子正、反向4-7级叶片进行金属探伤检查，对发现问题的叶片进行更换。
（8）用机组大修揭缸机会进行低压I、低压II转子正、反向4-7级叶片围带紧力逐片测量间隙是否在1-3mm,不符合设计要求的，及时进行整圈松装，直至符合设计要求。
（9）更换新型的515叶片，叶根的圆弧中心线与原来一致，但根部型线变化较大，原来的弧段包不住叶型，新型515叶片通过对根部型线的处理和中间体圆弧的不断调整，不仅叶根的圆弧中心线不动，而且包住根部叶型。为了减小离心力，大大减小围带体积，同时保证叶片频率合格，由原来围带厚12mm，改为围带厚8mm。大大提高叶片的安全性能，安全裕度很大，加大围带与顶部叶型的过渡圆角，减小应力集中，确保叶片安全运行。
某汽轮机厂有限责任公司CLN600-24.2/566/566型机组低压转子叶片在运行中断裂并非偶然事故，统计了20余台该机型的机组，断叶片的情况大同小异，大多出现在低压I、低压II转子正、反向次末级、末级叶片上，个别电厂低压转子正、反向第四级叶片曾出现过大量裂纹，可见某汽轮机厂有限责任公司老的515mm叶片存在设计缺陷，通过控制叶片围带间隙在1-3mm之内以及更换新型515mm叶片能够保证CLN600-24.2/566/566型机组安全可靠运行。
参考文献：
[1]顾煜炯.汽轮发电机组扭振安全性分析及应用．北京：科学技术出版社。
[2]陆颂元.汽轮发电机组振动．北京：中国电力出版社。
论文作者:何晓友
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/1
标签：叶片论文; 转子论文; 低压论文; 机组论文; 汽轮论文; 应力论文; 裂纹论文; 《电力设备》2016年第9期论文;