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1、我国大型汽轮机叶片运行状况的研究和对策【摘要】随着电站汽轮机大容量化，叶片的安全可靠性和保持其高效率愈显得重要。通过对10余个电厂叶片运行状况的调研及收集到有关叶片运行资料，分析了上海汽轮机有限公司、哈尔滨汽轮机有限责任公司、东方汽轮机厂等国产以及从美国、日本、前苏联和欧洲一些国家引进的300 MW及以上亚临界压力大功率汽轮机部分叶片故障，认为末级长叶片型线下部普遍存在出汽边水冲蚀损伤，外来硬质异物击伤叶片和固体粒子侵蚀，叶片结构及其它损伤，分析了其损伤机理，介绍防范措施。【关键词】电厂汽轮机叶片损伤损伤机理Research on Operation Status of Large Steam
2、 Turbine Blades and CountermeasuresAbstractWith the increasing adoption of high parameter,large size steam turbines,the reliability of blades and keeping its high efficiency become more and more important.Through the investigation and survey of blades operation status of ten odd steam turbines and t
3、he collected relevant blade operation documents,part blade failures of indigenous and imported subcritical pressure large size(300 MW and above) steam turbines are summed up and analyzed,including steam turbines made by Shanghai,Harbin,Dongfang steam turbine works and imported from U.S.,Japan,former
4、 Soviet Union and some countries in Europe.It is held that,the water erosion,damages resulted from impinges by foreign hard matter and etching by solid particles etc. phenomena generally existing at steam outlet side of lower profile part of last stage long blades,lead to blade structure damage and
5、other damages.In the paper,the damage mechanisms are analyzed and preventive measures are proposed as well.Key wordspower plantsteam turbinereliabilityblade damage damage mechanism前言叶片是汽轮机的关键零件，又是最精细、最重要的零件之一。它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。其空气动力学性能、加工几何形状、表面粗糙度、安装间隙及运行工况、结垢等因
6、素均影响汽轮机的效率、出力；其结构设计、振动强度及运行方式则对机组的安全可靠性起决定性的影响。因此，全世界最著名的几大制造集团无不坚持不懈地作出巨大努力，把最先进的科学技术成果应用于新型叶片的开发，不断推出一代比一代性能更优越的新叶片，以捍卫他们在汽轮机制造领域的先进地位。在19861997年间我国电力工业得到持续、高速发展，电站汽轮机正在实现高参数大容量化。据统计，到1997年底，包括火电、核电在内的汽轮机装机容量已达到192 GW，其中火电250300 MW机组128台，320.0362.5 MW机组29台，500660 MW机组17台；200 MW及以下的机组也有很大发展，200210
7、MW机组188台，110125 MW机组123台，100 MW机组141台。核电汽轮机最大容量为900 MW。随着我国电站汽轮机大容量化，叶片的安全可靠性和保持其高效率愈显得重要。对于300 MW及600 MW机组，每级叶片转换的功率高达10 MW乃至20 MW左右，即使叶片发生轻微的损伤，所引起的汽轮机和整台火电机组的热经济性和安全可靠性的降低也是不容忽视的。例如，由于结垢使高压第1级喷嘴面积减少10%，机组的出力会减少3%，由于外来硬质异物打击叶片损伤以及固体粒子侵蚀叶片损伤，视其严重程度都可能使级效率降低1%3%；如果叶片发生断裂，其后果是：轻的引起机组振动、通流部分动、静摩擦，同时损失
8、效率；严重的会引起强迫停机，有时为更换叶片或修理被损坏的转子、静子需要几周到几个月时间；在某些情况下由于叶片损坏没有及时发现或及时处理，引起事故扩大至整台机组或由于末级叶片断裂引起机组不平衡振动，可能导致整台机组毁坏，其经济损失将以亿计，这样的例子，国内外并不罕见。由多年积累的经验证明，每当有一大批新型汽轮机投入运行以后或在电力供需不平衡出现汽轮机在偏离设计工况长期运行时，由于设计、制造、安装、检修以及运行不当等方面的原因引起的叶片故障损伤便会充分暴露出来。如上所述我国电站大型汽轮机装机连续10余年迅速增加，开始出现某些地区的大机组长期带低负荷运行的新情况，因此，很有必要及时调查研究、分析、总
9、结叶片尤其是末级和调节级叶片发生的各种损伤及寻找规律，以期制定防范、改进措施，避免发生大的损失。1大机组叶片损伤概况通过对10余个电厂叶片运行状况的调研及收集有关叶片运行资料，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（以下简称上汽、哈汽、东汽）等国产以及从美国、日本、前苏联和欧洲一些国家引进的300 MW以上亚临界及超临界压力大功率汽轮机部分叶片故障。这些机组低压级叶片在实际运行过程中，由于种种原因在叶片、叶根、拉筋、围带及司太立合金片等部位经常发生故障，末级叶片的水冲蚀损伤相当普遍。这些故障基本上全面反映了我国大功率汽轮机叶片的现状。大机组叶片损伤概况见表1。表1大机
10、组叶片损伤各型大机组台数(1997年)末级叶片长度/mm末级叶片损伤情况其它级叶片损伤情况300MW等级亚临界机组引进型300 MW机组型号：N300-16.7/538/53840869根部出汽边水冲蚀突出；司太立合金片脱落；曾发现外侧拉金焊口附近断裂；叶片异物击伤。观察到一台机组，出汽边水冲蚀。次末级476.6 mm叶片型线部分及叶根部分均出现断裂优化引进型型号：N300-16.7/537/53725900多台机组大量围带飞脱、断裂、个别机组松拉金断裂。次末级515 mm叶片围带断裂国产(上汽)300 MW机组型号：N300-165/537/53726700根部出汽边水冲蚀、顶部进汽边水冲蚀
11、、异物击伤断叶片。低压2、3、4、5级210 mm、252 mm、323 mm、456 mm叶片均出现过断裂国产(东汽)300 MW机组型号：N300-165/535/53511 000“Z”型拉金及空心拉金断裂；叶片断裂；出汽边水冲蚀。次末级615 mm叶片外拉金孔处6只叶片出现裂纹；1997年又有21只叶片发生裂纹。国产(东汽)300 MW机组型号：N300-16.7/537/53719老851叶片断裂，断裂部位在叶顶镶焊司太立合金片底部与母材交接处。美国GE公司352 MW机组型号：N352-187.2/538/5384新851型线中部出汽边出现过裂纹根部出汽边轻微水冲蚀。意大利ANSA
12、LDO公司320 MW机组4老851长期低负荷运行，根部汽流回流造成根部出汽边严重水冲蚀。日本东芝350 MW机组型号：TC-4F350-16.9/538/5382660.4(26英寸)2道拉金、4片焊接成组结构、2台机组运行2 a，2次发现127处拉金断裂。原因为叶片结构设计不当，拉金应力水平过高所致。改为2道松拉金连接结构。出汽边轻微水冲蚀。英国GEC 362.5 MW机组2945运行约14000 h后，低压第3级断叶片，共损伤98片，第4级近一半叶片被飞脱的叶片、围带碎片打伤。原因为第3级断叶片为老型叶片，叶型设计存在问题。措施采用改型的叶片更换了第3级所有叶片，更换了第4级电机侧全级叶
13、片。法国ALSTHOM公司360 MW机组型号：T1A360-30-2F1 08021 080运行约2 000 h后发现低压第1级146.8 mm叶片从叶根第1销钉孔部位断2片，出现裂纹叶片多片。法国ALSTHOM公司300 MW机组型号：T2A300-30-2F1 04421 044运行约4 300 h后发现低压第3级338 mm叶片从叶根第1销钉孔部位多片出现裂纹。次末级叶片拉筋断裂。法国ALSTHOM公司330 MW机组型号：T2A330-30-2F1 04421 044次末级为剖分式松拉金交错整圈连接结构。叶片高度550 mm，同型机组多次发生松拉金断裂。后来新机组改用自由叶片运行。6
14、00MW等级亚临界机组GEC-ALSTHOM 600 MW机组型号：T2A650-30-4-4611 080末级叶片叶根底部支撑叶片纵向定位的弹簧片约1/6发生断裂，原因为材料热处理不当引起断裂，措施为更换弹簧片。低压次末级也出现弹簧片断裂情况。中压第9级为自带围带、预扭安装344.8 mm叶片，5叉3销钉叶根，全级64片叶片有53片叶根出现裂纹。原因为叶片设计问题，整圈连接状态不佳。低压前3级叶片根部断裂均为此原因。后制造厂将原马鞍型围带改为菱形围带。GEC-ALSTHOM 600 MW机组型号：T2A600-30-2-2F1 04411 044低压第2级208.8 mm叶片为自带围带预扭安
15、装双叉2销钉叶根，发现该级叶片叶根第1销孔处断5片，有53片叶片叶根出现裂纹。原因为叶片设计连接状况不佳，改进设计将原马鞍型围带改为菱形围带。超临界机组前苏联哈尔科夫(XT3)320 MW机组型号：K-320-23.5-441 030叶顶预扭接触有错位；整圈松拉金几处断裂；发现2台机组末级叶片进汽边大范围水冲蚀，原因是真空过高。调节级及高压前2级叶片及叶顶汽封被外来异物击伤；高压通流部分结垢1.5 mm厚。ABB 600 MW机组型号：D4Y4542867调节级叶片运行约5 000 h断裂，原因为叶轮叶片系统振动强度不良。ABB赔偿2个高压转子；经查低压通流部分设计老化，使低压缸效率低，ABB赔偿2个低压通流部分(包括低压转子和静子)2末级长叶片损伤 21叶片型线下部普遍存在出汽边水冲蚀末级叶片型线下部出汽边的水冲蚀损伤是200 MW、300 MW及600 MW以上等大型汽轮机的共同问题。以往665、680、700 mm叶片的出汽边都有明显的水冲蚀，而如今869、900、1 000 mm叶片
