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汽轮机事故与预防的理论知识

发布时间：2010/10/3 阅读次数：29496 字体大小: 【小】【中】【大】

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第四节
汽轮机掉叶片

汽轮机的动叶片是承受蒸汽推动力带动转子转动的部件。这不仅承受蒸汽推动力，还承受转子高速转动产生的离心力。同时叶片本身按其几何形状和安装方式而存在着固有的振动频率，在转动中受各喷嘴或静叶片汽流推动的频率如与叶片固有振动频率相同而共振，将导致叶片疲劳裂断。因此，叶片在运行中如果动应力、离心力超标或产生共振疲劳，将导致叶片裂断；如果叶片设计、制造上不能满足正常的动应力、离心力的需要以及叶片自身频率躲不开共振，在正常运行中也将造成叶片裂断。
在正常运行中，如发生叶片断裂，断落的叶片将夹在间隙很小的动静部分中造成碰磨，或断落的叶片在本级碰磨后，其残骸沿汽流进入后几级造成动静部分碰磨，造成设备严重损坏。其破坏力很大，并具有突发性。
低压转子后几级叶片，特别是末级，次末级叶片、卫带、拉筋等如断落甩出后，将打坏凝汽器上部铜管或钛管，造成凝汽器突发性泄漏，导致汽水品质急剧恶化。
多年来，掉叶片事故时有发生，不少事故造成设备严重损坏。下面列举几次比较典型的掉叶片事故案例。
（1）1982年，某厂一台国产100MW机组运行中发生低压转子次末级叶片（432）断落，打坏本级几片动叶片。由于无备用叶片，为了尽快开机，采取截断园周对侧等长度叶片维持平衡的办法，临时恢复机组运行，但由于损坏的不止一片，在损坏的每片叶片对侧截短叶片，结果导致一处相邻的3片叶片都被截断。机组恢复运行后十几个小时，又发生了次末级掉叶片，断落的叶残骸卡在末级隔板静叶中，其伸出部分将末级655叶片根部整级车了一道深槽而全部全部报废，当时机组强烈振动并引起低压转子大轴弯曲。解体检查系连续截断3片处后面的第一片叶片断裂。其断口疲劳纹十分粗糙，分析认为该叶片在其前面连续截断3片叶片后，运行工况恶化，经受的动应力严重超标，导致短期疲劳裂断。
（2）1986年某厂一台进口220MW机组运行中突然发生强烈振动，机组运行声音类似拖拉机响声，立即打闸停机。停机后制造厂家代表到现场出具书面手续，建议再启动机组试一试，电厂未采纳建议。解体后发现低压转子进汽第一级叶片（169）大量疲劳断落。经整级更换叶片并采取增加松拉筋措施降低叶片动应力后，恢复了正常运行。
（3）80年代后期到90年代初期，某厂4台进口200MW机组，相继发生低压转子倒数第3级和次末级叶片由于汽缸疏水不畅及处于过渡区、湿汽区等因素，而动应力增大，致使疲劳断落。断落后造成本级和末级叶片严重损坏，幸好4台机有一个备用低压转子，有条件逐个进行彻底修复。该厂革新了一套不拆卸叶轮进行拆装叶片、打孔穿拉筋的工具，更换了裂断的叶片，增大了拉筋直径，对末级叶片拉筋也作了改进。经逐台修复更换后，恢复了正常运行。
（4）前面提到的超速事故中，叶片承受超标离心力断落是很典型的。1985年某厂200MW机组超速事故后检查，中压转子低压段的次末级倒T型叶根，在转子超速4500r/min左右。叶根两侧肩部全部剪断，叶片飞出；低压转子超速约3800r/min，其末级叶片根部销钉受离心力拉弯约0.6mm。再加1990年某厂25MW机组超速事故后，发现所有叶片全部从叶轮上甩脱飞出，对这次事故的超速有两种分析，一种是4500r/min以上，另一种则低一些。
防止叶片裂断和扩大损坏的主要措施有以下几方面：
（1）新机组验收时应检查确定叶片经探伤、测频合格。投产后大修中应对叶片进行损伤检查，对叶片或叶片组进行测频检验，发现问题及时解决，不使叶片带缺陷、隐患、将机组投入运行。
（2）采取措施防止加热器满水，并保持疏水系统畅通（如合理布置疏水管路、开大汽缸疏水孔等），保证汽缸不积水或从疏水系统、抽汽系统向汽缸返水。
（3）经常保持系统频率在合格范围运行，并尽可能减少机组在偏离正常频率下的运行时间（如事故情况下与系统解列后单机或部分机组偏离正常频率的运行时间）。
（4）对同型机组发生掉叶片的故障信息，可与制造厂和发生故障的电厂联系，结合实际情况采取预防措施。
（5）机组运行中振动突然增加，听到甩脱叶片的撞击声，机组内部有摩擦声以及凝汽器管子突然泄漏等情况，是掉叶片的故障象征，应按规程规定果断停运机组进行检查，切不可拖延时机，否则高速转动下将造成设备严重损坏。
（6）发生个别叶片断落故障后，除对断裂叶片采取技术措施外，还应对未断落的叶片全面进行探伤、测频检验，确无问题方可恢复机组运行。
若断裂或损坏叶片较多时，不能简单地采取对称割短叶片的措施将机组恢复运行。应由汽机专业人员，必要时请试研机构叶片专业人员、制造厂家等提出修复措施，经审查批准后，实施修复工作。

（4）机组冲转前应进行充分盘车（一般连续盘车2～4h，热态启动取大值），若盘车短时间中断时，则应按中断时间的10倍再加4h进行连续盘车方可冲转。
（5）启动中在中速以前，轴承振动（特别是1号轴瓦、2号轴瓦）超过0.03mm时应打闸停机，过临界时振动超过0.10mm应打闸停机，严禁硬闯临界线速开机。停机后仍应连续盘车4h（中间停盘车时按上述要求增加盘车时间），方可再次启动。
（6）启动前供汽封的蒸汽温度应高于汽缸金属温度，并应在送汽前充分进行疏水，防止积水带入汽封引起骤冷。
（7）启动中若轴承振动、蒸汽参数变化超过规程规定或机内有异常摩擦声、轴封处冒火花，应按规程规定立即停机。
（8）停机后应及时投入盘车，若盘车电流增大、摆动或有异常时，应分析原因并采取措施予以消除。若汽封磨擦严重时，可先手动方式定时盘车180°，待摩擦基本消除后再投入连续盘车。因故暂时停止盘车时，应监视大轴弯曲度的变化，当转子热弯曲较大时，应先手动定时盘车180°，待大轴热弯曲基本消失后再连续盘车。
（9）对上下缸温差大（有的机组正常运行中上下缸温差已超过启动条件的标准）的机组，可结合检修改进汽缸保温，采用优质的保温材料（如硅酸铝纤维毡、微孔硅酸钙等）和严格的保温工艺。实践证明效果是显著的。
大轴弯曲事故绝大多数发生在机组启动中，特别是热态启动中，因此对大中型机组的启动，领导（指负责启动的厂、车间领导）一定要持慎重态度，坚持严格按规程规定和技术措施要求启动机组。当启动不顺利时，一定要认真分析查找原因，消除异常后按规定启动，决不可为了赶工期，为了不影响安全考核等等而侥幸闯关，多次强行启动，在这一点上，决策是否再次启动的各级领导人员都应正确对待，不符合启动条件的，决不强行启动。热态启动不顺利的，可待机组温度降低，具备启动条件后再启动，切实防止因决策失误而造成大轴弯曲。

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