（广东惠州天然气发电有限公司，广东 惠州 516000）
摘要：本文对127MW汽轮机低压缸末级叶片断裂原因进行了全面的分析，对末级叶片断裂主要原因进行详细探究。由于汽轮机频繁启停增加了机组低频疲劳，尤其影响低压缸末级叶片，低负荷工况下，蒸汽流动条件的改变，可能背压造成末级叶片冲击。
关键词：末级叶片；背压；断裂
1、概述
某电厂机组在做完甩负荷试验时，机组转速3300rpm时，机械超速保护动作后，转速下降到2800rpm，按照规定不应低于2950rpm，停机后立即安排检查，发现低压缸末级叶片多处扭曲损坏，部分末级叶片存在不同程度的变形，小部分脱落。在低压缸末级叶片多处有断裂、开裂现象。汽机末级动静叶片损坏，尤其末级动叶片受损严重，变形特征相同。
2、汽轮机低压缸叶片型式及存在的隐患
汽轮机采用的是三压再热式双缸、双缸向下排汽、凝汽式汽轮机，由锅炉产生的高压、再热及低压蒸汽，通过置于机组左侧的一组截止阀和控制阀，依次进入高中低压缸在联通管中，低压主蒸汽与中压汽机排汽混合，然后流经低压缸，并最后排入凝汽器。蒸汽是在汽机叶片间的空间流动做功，流入汽轮机的蒸汽的质量与流出是一样的，但汽机入口处蒸汽温度压力都比较高，体积较小，蒸汽在汽轮机内部做工后出口处功伴随着压力和温度的降低，而汽体体积膨胀，需要更大的通流面积才能排出相同质量的蒸汽，所以汽机末级叶片是最长的。由于机组为单轴机组，发电机、燃气轮机、蒸汽轮机布置在一根轴上，当燃机开始启动到并网以及直到汽轮机进汽前，锅炉在启动阶段尚且不能产生满足汽机进汽条件的蒸汽，而汽机高速旋转的同时使叶片温度上升，没有足够蒸汽或者说蒸汽量不够的时候，热量无法快速被带走，就会造成叶片超温，而低压缸叶片最长，其温度上升最为明显，因此在机组启动期间，应设置有相应的冷却蒸汽进入低压缸，带走因鼓风摩擦产生的热量，对其进行冷却。汽轮机在运行时外来杂物会造成叶片损坏。汽机在高速旋转过程中,若有异物进入叶片动静间隙，会对叶片造成严重损坏。此种情况多发于新机组调试或者机组大修后，未能将汽机或管道异物清理完全造成。在低负荷或空载情况下（特别是在甩负荷之后），由于没有足够的蒸汽量将低压汽缸内摩擦鼓风产生的热量带走，会导致排汽温度升高。排汽温度太高，排汽缸的温度也随之过高，则会影响与排汽缸连在一起的轴承座的标高，使低压转子的中心线改变，造成机组振动或发生事故。因此，汽机低压缸排气端设有喷水减温装置，按设定要求自动投退，以降低低压缸排汽温度，以防止低压缸排汽温度过高导致事故。低压外缸两端的上半缸上均装有大气薄膜阀，在事故情况下若低压缸内压力超过大气压(通常是高于大气压)一定值时（动作压力一般是0.4kg/cm2）打开向空排汽,用以防止低压缸、凝汽器等因超压而损坏。机组启机时，特别是冷态启动，若由于管道及锅炉疏水不充分，进汽时将对汽机叶片直接水冲击会严重时可造成叶片断裂。变工况时如真空度过高，特别是末级叶片背压增大明显，可能导致叶片后蒸汽凝结，湿度增加造成叶片损坏。另外机组低频运行或者过临界转速中产生共振也能使叶片损坏。
3、叶片断裂的原因分析
3.1 热力管段积水，甩负荷时汽缸发生水冲击将叶片损坏
对于长时间连运机组，由于热力管道存在死角，特别是弯头处，蒸汽不流通，长时间未能充分疏水，管道内容易积水。机组疏水主要包括以下位置：饱和蒸汽管道的末端、最低点、立管下端以及长距离的每隔一定距离；蒸汽集合管下部；蒸汽管道减压阀、调节阀、膨胀节前；蒸汽伴热管末端等等，疏水主路为浮球型自动疏水，当管道技术一定时打开，排至凝汽器。机组冷再排气一部分用于轴封系统，对轴封蒸汽温度要求150℃，压力为27KPa，从历史运行数据中可看出，机组轴封蒸汽温度从满负荷开始波动，有异常迹象，3小时后从150℃下降到118℃，压力更是频繁波动，机组运行工况不变的前提下，由此可推断轴封管道发生水冲击。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于该300MW机型，事实证明，负荷大于50%（120MW）之后，管道内积水基本靠自动疏水器排走，流经低压缸末级叶片蒸汽基本为饱和蒸汽，而低压缸排气流量为2727t/h，对于如此工况，长时间内若是疏水不及时，在蒸汽管道死角充满积水。查找历史数据中过热蒸汽热焓熵图中的三个重要蒸汽参数（压力、温度、焓值），对比水蒸汽热力性能表上能够发现汽机有一部分饱和蒸汽（蒸汽未在过热状态）。另外查找机组历史数据中的轴封加热器后温度基本不变，温升为1.8℃（凝结水额定温度为40℃），这也说明轴封管道蒸汽积水未能有效排走进入凝汽器，可以判定轴封管道已经积水。而汽轮机蒸汽管存在积水及部分的饱和蒸汽，当机组发生甩负荷或负荷突降时引起缸内压力突变，蒸汽管道上的积水及饱和蒸汽发生闪蒸，大量积水汽汽化冲击低压缸，由于低压缸末级叶片尺寸最大，受到水冲击尤为是严重，导致部分末级叶片扭曲变形，引起动静相碰，末级叶片发生断裂。
3.2 汽机连续在高背压、低负荷、小流量工况下运行，末级叶片因热力疲劳而变形低压缸处于蒸汽从正压到负压的过渡工作区域，排汽压力很低，蒸汽比容增加很大，故低压缸多采用双缸反向对称布置的双分流结构。根据机组运行的长时间连运中，长期连运带50%～60%的负荷，而且，真空长时间在－93kPa至－94kPa之间。当机组负荷为240MW、真空为－93kPa时，排汽容积流量低于额定排汽容积流量，特别是晚上或者冬季气温较低，而凝汽器真空度过高，汽机工作蒸汽气流激振或局部鼓风摩擦将会增大，引起叶片热力疲劳。汽轮机要求，蒸汽流量低于正常值，不能有效带走轮机叶片旋转时产生的鼓风摩擦，将使得叶片温度上升明显。由于低压缸末级叶片最长，该部件温升尤为明显，因此，在机组启动期间，需要提供额外的低压缸冷却蒸汽，在一定转速时投入，带走因鼓风摩擦产生的热量。当机组转速超过2000rpm时，提供辅汽系统的低压缸冷却蒸汽在机组满足一定转速后投入，中低压缸正常进汽后退出冷却蒸汽。在低负荷或空载情况下（特别是在甩负荷之后），由于没有足够的蒸汽量将低压汽缸内摩擦鼓风产生的热量带走，会导致排汽温度升高。排汽温度太高，排汽缸的温度也随之过高，则会影响与排汽缸连在一起的轴承座的标高，使低压转子的中心线改变，造成机组振动或发生事故。通过历史数据对比及现场检查，轴封蒸汽管道低压缸汽机端和发电机端轴封进汽管及冷却蒸汽管节流由于设计错误而偏小，而轴封齿数量设计不合理，导致在高背压下，可能密封性能下降，空气进入汽机。加上机组处于长时间低负荷运行，蒸汽流量过小未能将鼓风摩擦引起的热量有效带走，从而导致末级叶片因鼓风摩擦热量集聚，末级叶片长期受热而疲劳损坏。通过将轴封蒸汽及低压主蒸汽管道改正，增加低压缸两端密封齿数量。同时在低缸排汽区设有喷水装置，当排汽温度升高时按要求自动投入，以降低低压缸排汽温度。在汽机高背压、低负荷的工况运行下，保证力低压缸末级叶片制安全运行。
4、叶片断裂的防范措施
合理设置蒸汽管道疏水点，应满足何管道充分疏水的要求，以便保证蒸汽管段中不得积水。在日常工作中要着重检查热力管道的自动疏水器，每轮班加强对管道的疏水。熟悉系统布置，对于可能残存积水的死角，应着重疏水处理。在设计初期，充分考虑蒸汽管道的设置是否合理，把关各个重要参数是否满足变工况时的要求，尽早发现错误隐蔽的不合理地方。严格把关末级叶片制造超差，合理选择设备、管道、阀门及其他器件，结合各种变工况考虑，以满足各种工况运行。
5、结语
本次探究低压缸末级叶片损坏的主要原因有：蒸汽管道疏水不充分造成水冲击；蒸汽管道部分器件设置不合理，汽机尤其在高真空度，较低负荷长时间运行时，末级叶片产生热力疲劳。对于以上两个原因得出改进措施、合理正确设置轴封进汽管和主汽及相关元器件，增加相关优化措施。同时加强监盘质量，及时发现关键参数的变化趋势。
参考文献
[1]黄峥彬.汽轮机低压缸末级叶片断裂原因分析及处理措施[J].发电设备,2015,22(1):49-52.
[2]刘业雄.汽轮机低压缸末级叶片断裂原因分析和改造[J].发电设备,2014,23(3):188-190
论文作者:蓝何 敏峰
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年3月下
论文发表时间:2018/9/11
标签：蒸汽论文; 叶片论文; 低压论文; 汽机论文; 机组论文; 疏水论文; 管道论文; 《新材料.新装饰》2018年3月下论文;