火力发电厂汽轮机叶片断落的分析.pdf

第2 8卷第 1 期 2 0 0 6年 1月 水利 电 力机 械 WA I ER C 0N S E R VA NC Y E I EC T R I C P 0 WE R MA C HI NE R Y Vo 1 ． 2 8 No． 1 J a n． 2 O 0 6 电 力 工 程 与 设 备 火力发 电厂汽轮机叶片断落的分析 An a l y s i s【 n t h e b r e a k i n g o f b a d e f o r t h e s t e a m t u r b i n e i n t h e p o we r p l a n t 唐琳艳 ， 唐茂贵 1 ． 武汉大学， 湖北 武议4 3 x 1 ／ 2 2 ． 江西电力职业技术学院， 江西 南昌3 3 0 0 3 2 摘要 介绍了叶片断落的原因及预防方法， 从检修和运行两方面， 提 出了防止叶片断裂的措施． 关键词 叶片断落； 振动； 强度 ； 叶片共振； 断裂面 中图分类号 T K 4 7 4 ． 7 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 6 4 4 6 2 0 0 6 0 1 ～0 0 0 1 0 3 0 引言 2 叶片断落的原因 叶片是汽轮机的重要部件， 11 t“ 片在转子 L 高速 转动， 工作条件十分复杂。火电厂由于汽轮机叶片 断落造成 的事故时有发 生。叶片断落是各式 各样 的， 引起断落的原因也是多方面的。找出叶片断落 的原因并提 出预防的方法 ， 对减少火 电厂的损失 以 及保证汽轮机安全运行是有很大好处的。 1 叶片断落的征象 叶片在运行中断落一般有下列征象 1 运行 中的汽轮机内部或凝汽器有突然的 响声。 2 机组发生强烈的振动并明显增大， 这是由于 转子平衡被破坏或转子 与断落叶片发生碰撞摩擦 所致 。 3 叶片断落后掉入凝汽器 内， 会将凝汽器的铜 管打坏 ， 循环水漏入 ， 使凝结水硬度和导电度突增 ， 凝结水位升高 4 当叶片大面积损坏时， 由于流通部件的数值 发生变化 ， 蒸汽流速 、 调节阀开度和监视段压力等同 功率的关系将发生变化。 5 抽汽段附近断落的叶片可能进入抽汽管， 使 抽汽逆止阀卡涩 6 停机过程中听到机内有金属摩擦声且惰走 时间减少。 2 ． 1 叶片自身的原因 1 振动特性不合格。叶片振动频率不合格， 运 行时由于叶片产生共振而断落。 2 材质不 良或错用材料 。11 t 片材料机械性能 差 ， 长期运行后材料疲劳性能衰减性能差。 3 设计不当。叶片的设计应力过高或叶栅结 构不合 理以及振 动强度 合格 等均 町导致 叶片断 落。 4 加工_丁艺不良。11 t ‘ 片加工 艺不严格 ， 表面 质量差， 引起应力集中， 从而导致叶片断落。 5 安装 r 艺小 当。叶片 由于拉金焊接或 围带 安装工艺 良引起 叶片断落。 2 ． 2 机组运行方面的原因 1 偏离额定周波运行。汽轮机叶片的振动特性 是按运行周波为5 o H z 设汁的， 当运行周波降低或偏高 时， 可能使叶片落入共振区， 容易造成叶片断落。 2 超负荷运行。机组超负荷运行时 ， 各级叶片 应力增大 ， 特别是末几级叶片， 除叶片腕力随蒸汽流 量的增加而成比例增大外， 还冈级的焓降增大而使 应力增大。 此， 机组超负筒运行时， 应进行热力和 强度的核算 。 3 汽温过低或过高。汽温过低 ， 末几级 叶片湿 度增大， 应力集中引起叶片过负荷。汽温过高， 11 ．}． 片 材料的使用强度降低。 收稿 日期 2 0 0 5 0 72 8 作者简介 唐琳艳 1 9 7 7 一 ， 女， 江西南昌人， 武汉人学在凄硕士生， 从事火电J 自动控制方面的研究j 二 作 维普资讯 水利 电力机械 2 0 0 6年 1月 4 蒸汽品质 良 蒸汽品质不 良使【 I f 1 片结垢 ， 通流截面减少， 造成级内焓降增加， 叶片廊力增大。 结垢还容易引起叶片腐蚀， 使强度降低。 5 真空过高或过低。真空过 高， 可能使末级 叶 片过负荷及湿度增高．． 真空过低 仍维持最大出力 t 寸 ， 也可能使最后几级过负倚 ， 引起叶片断落。 6 水冲击 机组运行时汽轮机进水造成叶片 的损伤是很严最的， 水与蒸汽突然进入汽轮机中使 叶片发生水冲击 ， 负荷突然增大 ， 造成叶片断落。同 时由 ] 突然进水 ， 转子和汽缸部件受到冷却 ， 引起不 规则的变形 ， 造成动静部分的摩擦。 7 起停 机 与增减负荷操作不当。女 外速过快 或增减负荷过快 ， 汽缸胀差过大， 使动静部分发生摩 擦， 导致叶片断落。 8 机组振动过大。这将给叶片增加 正常的 干扰力 ， 促使叶片共振断落。 9 主汽门关 ／ f 严 可能使熬汽漏入机 ， 特 别是 比时间停机 ， 引起叶片腐蚀 1 o 术级叶片根部回流冲 0 ， 在低负荷、 高真空 下运行 ， 使末级叶片根部同流冲刷 ， 损坏叶片． ． 2 ． 3 检修方面的原因 1 榆修小当。如 动 静部分 间隙 ／ 1 符合标 准； 喷嘴隔板安装不 当； 起 吊搬运过程碰伤叶片； 机 『人 】 和 管道内留有杂物等。 2 新安装机组管道冲洗不 f 净 通流部分部 件安装不牢 固， 运行时有异物或零什松脱打新 叶片。 3 由于调速系统不能维持空负荷 ， 危急保安器 失灵， 使汽轮机甩负荷超速 ， 做超速试验时发生异常 情况， 使机组严蕈超速引起叶片断 。 叶片在共振状 态下运行一段时期后 ， 材料就会 发生疲劳．． 先j 现细微的裂纹 ， 随后这些裂纹合 并为较人的裂纹。随着时『 R J 的增人 ， 疲劳裂纹逐渐 扩人， 当叶片剩下的没有{ f，i 坏的截 不能承受蒸汽 弯曲J 力 和离心 力所产 卜的应 力时 ， 1 - 片便 会被 拉断。 叶片断落的断面总足由阿个完伞不 同的部分组 成 ． 第一部分为细粒结构， 具有 壳状疲劳纹路； 第 二部分为卡 几 粒结构 ， 是被离心力拉断时造成的。断 裂表面的 粒粗细， 还取决于断裂速度和应力的大 小 断裂速度愈慢或应力愈小 ， 则颗粒愈细， 反之则 颗粒愈 ， 从一种颗粒状态过渡到另一种颗粒状态 具有 叫 的界限。根 这个特 ， 可 以 确地判 断 叶片断落是il l 于共振还是由于其他原因引起的。 3 ． 3 分析运行及检修资料 愉杏事故发生前的运行工况有无异样 ， 对运行 检修历史资料进行研 究分析。如运行参数是否 常， 曾甭超载 、 超速， 有无叶片结垢、 腐蚀、 水刷等情 况， 动静间隙是否符合标7伟 等。 3 ． 4 频率试验 测定叶片 、 叶片组各种振型的频 棼， 特别是 ， B ， 及 A 1 频率， 高步 贞 应至少测到高于 r 的 2 0 ％， I刮频率的历史资料对 比分析 3 5 金属材料检验分析 埘材料进行金相检查 、 材质分析和机械性能的 试验 ， 若仃 叮能碰做疲劳试验和衰减性能试验 。 3 ． 6 强度核算 复核叶片尺寸 ， 进行强度核算 ， 检查应力是否过 大和没汁制造上足否存在问题 。 3 叶片断落事故原因的分析4 防止叶片断落的措施 引起叶片断落事故常常足 复杂的， 是由于多 方面的因素决定的， 但其巾必有一种是起卞耍作用 的， 分析叶片断落事故应 当抓住主要原冈。为此， 应 从 以下几个方而考虑。 3 ． 1 检查叶片损坏情况 叶片断落后 ， 应 ‘ 先检杏事故的范围和情况 ， 作 好详细记录， 断落的叶片以及连接件心伞部找到 根据损坏情况 、 断落位置及断面特 ， 初步分析事故 起 因。 3 ． 2 分析断落叶片的断裂面 当叶片应力过大而断搭时， 断面粗糙 颗粒状， 并有断面收缩现象。当叶片 冈共振疲劳而断落 时， 叶片断面将呈现明显的疲劳线 。 4 ． 1 检修方面 1 改进汽缸保温 ， 减少上下汽缸 温差 ， 防 【 f_ 汽 缸和转子发生热弯曲， 造成动静部分摩擦。 2 检修 时， 各级负责人及专、 J 技术人员要 f - M 检 转子的技术状况 ， 发现隐患及时研究处理。 3 做好检修中的振频工作， 对叶片的修理要由 有经验的人员严格按检修． 【 艺规程的规定进行。 4 对末级u r 片的水蚀情况应晕点榆查 ， 对冲刷 严重 日 影响 J 广 强度的叶片 挖补或更换 。 5 对土汽门的过滤网要仔 检查 ， 要保持完整 和严 密 防止过滤 损坏 和外物进人汽缸内， 扣缸 前耍仔细榆查州 ‘ 片之问有_ 尢异物。 6 渊换和再装叶片时 ， 应严格执行检修质量标 维普资讯 第2 8卷第 1 期 唐琳艳 ， 等 火力发电厂汽轮机叶片断落的分析 准； 注意叶片的倒角， 防 【卜 应力集中； 叶根根部的结 合面应配合良好， 没有间隙； 封口叶片应有足够的紧 力以保证频率分散度在合格的范围内； 围带、 拉金的 铆接和烧焊应符合质量标准。 4 ． 2 运行方面 1 启动机组时， 轴弯曲应保持在允许范围内， 严禁在热弯曲过大的情况下启动机组。 2 启动机组时， 要特别重视对管道的疏水暖管 _1 二 作。热态启动时， 防止骤冷或金属温升超过允许 值 ， 以减少叶片等部件的交变热应力 。 3 开停机时， 尽可能迅速越过临界转速 ， 避免 较长时间停留在共振区域内引起叶片疲劳破坏。 4 正确地使用排汽缸喷水冷却装置 ， 避免冷凝 水在排汽温度很 高的情况下骤然喷到叶片上， 造成 中国金属学会耐磨材料学术委员会 叶片断落。 5 停机后要严格检查主汽门的严密性 ， 防止蒸 汽或疏水漏入汽缸内腐蚀叶片。 6 对末级叶片水蚀较严重的机组 ， 在超 出力运 行时， 适当考虑安全性 ， 根据具体情况不超或少超出 力运行。 7 机组 出现振 动时 ， 及时调整 负荷 ， 清除不正 常的振动， 严格控制振动值在合格范围之内。 8 正常运行中， 保持蒸汽参数在允许范围内， 避免叶片过负荷。 9 避免汽轮机长时问低负荷运行， 减少末级叶 片水蚀发展。 编辑 李 国云 第十一届全国耐磨材料大会征文通知 中国金属学会耐磨材料学术委员会主办的第十一届全国耐磨材料大会将于 2 0 0 6 年 l 0 月在 安徽宁国市召开。征文范围为金属 、 无机非金属 、 高分子耐磨材料研究 、 开发与应用； 耐磨复合材 料、 耐磨表面技术研究 、 开发与应用； 磨损失效分析 、 磨损机理及磨损测试技术研究 ； 耐磨材料新 技术 、 新工艺的开发及推广应用； 大中型耐磨铸件凝固过程及耐磨材料研究的计算机模拟； 典型 耐磨件生产技术管理及经验介绍。论文作者请于 2 0 0 6 年 3 月 3 0日前将论文打印稿及电子文档 光盘挂号寄到学会暨大会秘书处或将电子文档通过电子邮件发送学会暨大会秘书处。 会议论文集不收取版面费亦不付稿酬。论文集中的大部分优秀论文经本人同意将由学会 推荐给有关核心期刊正刊分期 式刊出， 正式刊出的论文版面费和稿酬将由期 刊社决定。凡 已正式发表的论文请勿投寄， 切忌一稿两投。来稿一律不退稿 ， 请作者 自留底稿。欢迎各大专 院校 、 科研单位 、 生产部门、 用户单位踊跃投稿。 除了学术交流外， 会议还将举行技术论坛， 企业介绍， 耐磨材料产品、 技术， 生产设备、 仪器、 仪表、 原辅材料等的展示活动。现同时征集耐磨材料产品、 生产企业、 研究单位、 测试仪器仪表、 生产设备广告及展示活动预定。欢迎各企、 事业单位就以上事宜与学会暨大会秘书处联系。 有关本学会及本次全国耐磨材料大会的信息， 请浏览我学会的上级学会 中国金属学会特 殊钢分会主页 ， 网址是 h t t p ／ ／ 、 v 、 ． c S S S ． o r g ． e n 中国金属学会耐磨材料学术委员会暨全国耐磨材料大会秘书处 地址 北京学院路丁 1 1 号中国矿业大学 北京 机电学院材料系 邮政编码 1 0 0 0 8 3 电话 0 1 0 6 2 3 3 1 2 4 1 传真 0 l 0 6 2 3 3 1 2 4 l 一 8 1 0 8 联系人 手机 赵会友 1 3 6 5 1 1 8 9 0 0 7 ， 马向东 1 3 6 1 1 3 9 1 6 7 9 ， 安瑞琴 1 3 5 2 0 9 3 0 2 3 8 Ema i l z h y 1 9 5 8 s i n a． t o m 维普资讯