1、3汽輪機技術(shù)規(guī)范及本體概述311 技術(shù)規(guī)范額定出力：12MW主汽門前蒸汽壓力:311一316MPa主汽門前蒸汽溫度:420_445C排汽壓力:正常參數(shù)時額定工況為-01097MP312 汽輪機形式本機為單缸、沖動式,雙抽汽凝汽式,共有級葉輪,一、三級為雙列速度級,其余為壓力級。313 汽輪機的抽汽本機具有四段抽汽:（1）一段調(diào)整抽汽（第二級葉輪后）,原供高壓加熱器,現(xiàn)已停用。目前主要供高壓除氧器同時并入股份公司低壓蒸汽管網(wǎng),以及外供部廠外用戶。P=017_112MPa,t=330額定抽汽nn50t/h，實際抽汽量60t/h。（2）二段非調(diào)整抽汽（第三級葉輪后）,原1#高壓加熱器,現(xiàn)已停用。P=

2、01485MPa,t=250Co22（3）三段調(diào)整抽汽（第四級葉輪后）,供3#低壓除氧器和軟水加熱器。Pt=-0103-0115MPa,/180°C,額定汽量40t/h，實際抽汽量48t/ho（4）四段非調(diào)整抽汽（第五級葉輪后）,供壓加熱器。P=-010025MPa,t=120Co44汽輪機末兩級葉片水蝕的原因淺析及防范措施瀘天化股份公司熱電車間雷勤瀘天化股份公司生產(chǎn)部錢軍摘要主要從汽輪機的沖動原理及末級葉片水沖蝕的形成機理著手，淺析汽輪機最末兩級葉片水沖蝕的原因,通過原因分析找出其改進及防范措施。關(guān)鍵詞汽輪機葉片水沖蝕措施1月U言汽輪機葉片（以下簡稱“葉片”）是汽輪機的關(guān)鍵零件，又

3、是最精細、最重要的零件之一。它在極苛刻的條件下承受高溫、高壓、巨大的離心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蝕和振動以及濕蒸汽區(qū)水滴沖蝕的共同作用。葉片的空氣動力學性能、加工幾何形狀、表面粗糙度、安裝間隙及運行工況、結(jié)垢等因素均影響汽輪機的效率和出力;其結(jié)構(gòu)設(shè)計、振動強度及運行方式則對機組的安全可靠性起決定性的影響。研究汽輪機末級長葉片的水沖蝕形成機理,可有效的解決機組在偏離原設(shè)計工況（低負荷工況）下運行的經(jīng)濟性與安全可靠性。本文主要從汽輪機的基本工作原理和末級葉片水沖蝕的形成機理著手,詳盡地闡述了造成汽輪機末兩級葉片水沖蝕的原因。通過分析,找出熱電車間3#、4#汽輪機末兩級葉片水沖蝕的原因,以及在今后

4、的低負荷工況下運行,應(yīng)如何改進或調(diào)整運行工藝指標來防止末兩級葉片水沖蝕的措施。2設(shè)備概況瀘天化股份公司熱電車間3#、4#機均為上海汽輪機廠1964年制造的CC12型雙調(diào)整抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組。3#機組于1965年12月建成投產(chǎn)發(fā)電,4#機組于1966年3月建成投產(chǎn)發(fā)電。4#機于1993年12月更換了由上海汽輪機廠制造的新轉(zhuǎn)子;4#機換下的舊轉(zhuǎn)子經(jīng)東方汽輪機廠修復后,于1996年12月更換在了3#機上。2008年第4汽輪機末兩級葉片水蝕的原因淺析及防范措施353期©14-2013ChinaAudctnicJuumalElectronicPublishingHouse.Allrighf

5、eresvrvod,kijiet圖1蒸汽對動葉片的作用力4 汽輪機的基本工作原理411力的沖動作用原理在汽輪機中,蒸汽以很高的速度從噴嘴中流出,沖擊在葉輪的工作葉片上,使葉輪轉(zhuǎn)動。如圖1所示，蒸汽以速度q流向一圓弧形動葉片，汽流進入該葉片后,沿內(nèi)弧所構(gòu)成的汽道逐漸改變流動方向，最后以速度C2流出汽道，C2的方向恰與C1相反。蒸汽的每一微團沿動葉片內(nèi)弧流動時，都受到向心力的作用，根據(jù)牛頓第三定律，此時動葉片承受蒸汽微團作用給它的大小相等、方向相反的離心力。假如作用在位置1、26上的離心力分別為f、f2f6。在點1處的離心126力F可分解為軸向力F和周向力F,在6點處z1u1的離心力F可分解為軸向

6、力F和周向力F。z6u6軸向力F和F恰好抵消，同樣點2與點5、點3z1z6與點4的軸向力也抵消。因此，蒸汽微團的離心力在軸向上的分力之和等于零，而周向力之和為F=F+F+F，在該力的作用下葉片向imuu1u2u6右運動，因此蒸汽對動葉片做了機械功。力Fimuimu稱為沖動力，這就是汽輪機的沖動作用原理，即汽流在動葉汽道內(nèi)不膨脹加速，只改變流動方向。412力的反動作用原理在實際汽輪機中，動葉片并不是圓弧形，從噴嘴流出來的汽流方向也不是與葉輪運動方向平行的，而是有一夾角。如圖2所示，蒸汽在噴嘴內(nèi)膨脹達到較高的速度C1，這種高速汽流進入動葉片以后，對動葉片作用有沖動力Fim，同時壓力由P1降至P2，

7、蒸汽繼續(xù)膨脹加速，故對動葉片亦作用有反動力F。沖動力F與反動力F的合力為F，在此力的作用下使葉片向左運動。因此，反動式汽輪機既利用了沖動作用原理，又利用了反動作用原理。圖2蒸汽對反動式汽輪機葉片的作用力5 汽輪機末級葉片水沖蝕的產(chǎn)生機理及其危害汽輪機末級葉片的水蝕主要表現(xiàn)為出汽邊水蝕和進汽邊水蝕，下面分別對其形成的機理及危害進行詳盡分析。511 末級葉片出汽邊水蝕產(chǎn)生機理汽輪機在低負荷運行時，末幾級的工況變化最大。機組功率越大，低壓級組子午流道擴張角越大，葉高越增加;當其相對設(shè)計工況的容積流量急劇減小時，會使流場參數(shù)發(fā)生很大變化。末級長葉片在小容積流量、真空工況運行時，原設(shè)計流場被破壞，葉片底

8、部會出現(xiàn)較大的負反動度，末級葉片沿葉高的熱力參數(shù)將重新分布，沿汽缸壁和葉輪的汽流發(fā)生了分離，汽流在動葉片根部和靜葉柵出口頂部出現(xiàn)汽流脫離，形成倒渦流區(qū)。整個汽道只通過小部份汽流，相對的容積流量越小，漩渦區(qū)越大，分離的相對高度也就越大。末級葉片反動度設(shè)計的大小對低負荷下分離程度有著顯354瀘天化科技著的影響。根部反動度設(shè)計值越小,當容積流量減少而偏離設(shè)計值方向時分離的越早,分離的相對高度也越大,反之亦然。對汽輪機末級葉片各種負荷完全平衡計算結(jié)果表明:當負荷低于60%時,根部出現(xiàn)負反動度,當負荷降低至40%時,根部反動度即可達到負值。同負反動度一起出現(xiàn)的是動葉前后近根部的遞壓梯度,此時動葉后的靜壓

9、力將大于動葉前的靜壓力,在這種汽流條件下將使葉型表面的附面層增厚乃至脫離,為在根部區(qū)形成一個較大的倒渦流區(qū)造成外部條件。負荷越低倒渦流區(qū)越大，特別是在起動和并網(wǎng)初始，倒渦流范圍甚至擴大到整個排汽缸。功率較大的凝汽式汽輪機，其末級排汽濕度總是比較大的，末級動葉后汽流中攜帶有大量的水滴,渦流的蒸汽運移著水滴沖擊在高速旋轉(zhuǎn)的動葉片下半部的出汽邊。對某些長葉片，在低負荷或高背壓時,會產(chǎn)生大范圍的倒渦流，甚至達到葉高的2/3以上，對于這類葉片，出汽邊的水沖蝕就變得非常嚴重。512 末級葉片進汽邊水蝕產(chǎn)生機理0 大水滴的形成汽輪機在低負荷運行時，末幾級的進汽量急劇減少，蒸汽在膨脹到濕度為215%一3%的區(qū)

10、域時，出現(xiàn)極微直徑的水滴，而后迅速增大到直徑約為1Mm的水滴。在流過靜葉汽道時，小部份水滴被葉片俘獲，有的聚集在靜葉前緣，有的聚集在內(nèi)弧凹面，逐漸連成水膜，水膜發(fā)展到一定厚度，就被汽流所撕碎，成為直徑數(shù)十到數(shù)百Mm的大水滴，以不同方式撞擊動葉的前緣。正是這部份大水滴，盡管只占全部濕份的10%以下，卻是水蝕的禍首。1 大水滴與葉片的相互作用(1) 在靜葉出口尾跡中的一股主流，有各種尺度的水滴(最大直徑可達300Mm)，以一定的負攻角撞擊動葉的進汽背弧。尺寸大的流速較低，負攻角較大，撞擊點較近前緣;尺寸小的流速較高，負攻角較小，撞擊點較遠，沖蝕力也較小。(2) 在動、靜葉間隙中的一股大水滴，以接近

11、于圓周速度撞擊動葉前緣，造成迅速蝕壞。(3) 由動葉回彈到靜葉面上的小股水滴，會使靜葉出汽背弧的某些部位也受到輕微水蝕。513 末級長葉片水沖蝕的危害2008年第4期末級長葉片水沖蝕所造成的后果不僅使葉柵的氣動性能惡化、級效率降低，更嚴重的是對汽輪機的安全運行造成威脅。水沖蝕形成的鋸齒狀毛刺造成應(yīng)力集中以及減小葉型根部截面的面積，還會影響到葉片的振動特性，大大地削弱葉片的強度，這就增加了末級葉片斷裂的危險性。6 末級長葉片水沖蝕普遍性的初步分析611汽溫汽溫過低，汽輪機末幾級的蒸汽濕度增加，使末幾級葉片的濕汽損失增大，加劇了蒸汽對動葉片的沖蝕作用，縮短了葉片的使用壽命。612 真空真空過高時，

12、可能使末級葉片過負荷和濕度增大，加速葉片水蝕。613 負荷汽輪機在低負荷或空負荷情況下運行時間過長，此時末級葉片在小容積流量工況下會產(chǎn)生汽流在葉片根部的脫流和葉片頂部的渦流現(xiàn)象。由于末級排汽濕度大，汽流中夾帶的水滴隨蒸汽倒流沖擊葉柵，從而使末級長葉片的根部以及頂部進、出汽邊造成水蝕。614 濕蒸汽濕蒸汽對動葉片具有沖蝕作用，特別是水珠的離心力大而被拋向葉頂，使葉頂?shù)臐穸却笥谌~根，同時葉頂?shù)膱A周速度大，葉頂?shù)乃槿肟诮歉螅栽趧尤~片頂部造成的沖蝕作用最為嚴重。615 抽汽凝汽式汽輪機因采用回熱循環(huán)，部份蒸汽在汽輪機流動過程中被抽出，用于加熱給水，所以通過最末級的蒸汽量變小。特別是汽輪機在低負

13、荷工況下投入抽汽運行時，末幾級的進汽量將急劇減少，蒸汽在膨脹到濕蒸汽區(qū)域時，出現(xiàn)水滴，使末級長葉片水蝕。7 3#、4#汽輪機末級葉片沖蝕的原因淺析上世紀90年代末期，隨著能源的日趨緊張以及公司通過對新、老系統(tǒng)進行技改后，天然氣供量的不足就比較凸顯。為節(jié)約天然氣用于化工生產(chǎn)，本站兩臺12MW汽輪發(fā)電機組采取一開一備©14-2013ChinaAcidemicJournalElectranicPublishingHouse411rightsreserved,http:/www,ciiki,net汽輪機末兩級葉片水蝕的原因淺析及防范措施3552008年第4期的運行方式,且發(fā)電量通常控制在3M

14、W左右只投入三段抽汽,一段抽汽停用）,機組的功能主要是作為公司的無功補償和保安電源。由于以上原因,兩臺機組投入三段抽汽運行時所帶電負荷均低于制造廠6MW投入三段抽汽運行的規(guī)定。因此,4#機組于1997年12月進行更換轉(zhuǎn)子后的第一次大修時,發(fā)現(xiàn)第九級葉片進汽邊出現(xiàn)輕微沖蝕現(xiàn)象;2002年4月進行第二次大修時,發(fā)現(xiàn)第八級葉片圍帶局部亦出現(xiàn)了沖蝕現(xiàn)象、第九級葉片進汽邊出現(xiàn)較為嚴重的沖蝕現(xiàn)象。3#機組于2001年4月進行更換轉(zhuǎn)子后的第次大修時，發(fā)現(xiàn)第九級葉片進汽邊出現(xiàn)沖蝕現(xiàn)象；2005年8月進行第二次大修時，發(fā)現(xiàn)第九級葉片進汽邊沖蝕現(xiàn)象較2001年時有較大增加見圖3）。觀察3#、4#機末兩級葉片進汽邊

15、沿頂部向葉根方向約300_400mm長度的蜂窩狀鋸齒形的沖蝕痕跡,再結(jié)合1995年一2005年的汽輪機組運行報表統(tǒng)計分析，造成3#、4#機末兩級葉片進汽邊頂部沖蝕的原因主要有以下幾個方面。圖33#機第9級葉片進汽邊水沖蝕狀況圖711超低負荷運行，末級進汽量少由于90年代末期汽輪發(fā)電機組帶三段抽汽的超低負荷運行（低于制造廠6MW投入三段抽汽運行的規(guī)定），使得汽輪機最末兩級的進汽量大大減少。通過對汽輪發(fā)電機、低壓除氧器及鍋爐給水運行報表的統(tǒng)計，計算出低負荷工況下汽輪機后汽缸的排汽均量（即最末兩級的進汽均量）約為7t/h,遠低于機組6MW負荷相同鍋爐給水量下的20t/h。通過前面對汽輪機末級葉片進汽

16、邊水蝕產(chǎn)生機理的分析表明,在通流面積保持不變的情況下,汽輪機在低負荷運行時,末幾級的進汽量急劇減少，蒸汽在膨脹到濕度為215%一3%的區(qū)域時,出現(xiàn)水滴。在靜葉出口尾跡中的水滴,以定的負攻角撞擊動葉的進汽背弧；尺寸大的流速較低,負攻角較大,撞擊點較近前緣。正是這部份大的水滴,造成了汽輪機末級葉片進汽端的迅速蝕壞。汽輪機在低負荷工況下運行時，末幾級的容積流量急劇減小。末級葉片在小容積流量工況下運行時，汽流在動葉片根部和靜葉柵出頂部出現(xiàn)汽流脫離，形成倒渦流區(qū)，負荷越低倒渦流區(qū)越大。由于汽輪機的末級排汽濕度較大，部份蒸汽將凝結(jié)成水滴，渦流的蒸汽運移著水滴沖擊在高速旋轉(zhuǎn)的動葉片上,從而使末級長葉片的進汽

17、邊頂部造成水蝕。712進入汽輪機的主蒸汽溫度低于420©在機組運行期間占據(jù)定的比例汽溫過低，汽輪機末幾級的蒸汽濕度增加，從而使部份蒸汽凝結(jié)成了水珠；水珠懸浮在蒸汽中，通過摩擦作用，使水珠獲得加速，當水珠進入動葉片時，其入角大于蒸汽的進汽角，水珠正好沖擊在動葉片進邊的葉背上。由于水珠的離心力大而被拋向葉頂，使葉頂?shù)臐穸却笥谌~根，同時葉頂?shù)膱A周速度大，葉頂?shù)乃槿虢歉螅虼嗽趧尤~片頂部造成的沖蝕作用也就最為嚴重。713機組運行真空一般均保持在-01092-01096MPa真空高，即汽輪機背壓降低，對應(yīng)的排汽飽和溫度降低；雖然提高了機組運行的經(jīng)濟性，但亦使汽輪機末幾級的蒸汽濕度增大，末幾

18、級葉片的濕汽損失增加，加劇了蒸汽對動葉片的沖蝕作用，縮短了葉片的使用壽命。因此，低負荷工況下凝汽器保持過高的真空，對汽輪機運行的安全性是不利的。8 3#、4#汽輪機末級葉片水蝕的防范措施通過上述分析發(fā)現(xiàn)，造成3#、4#汽輪機末級葉片水沖蝕的主要原因為低負荷、低進汽溫度和高真空（即低背壓）。末級長葉片水沖蝕使葉柵的氣動性能惡化、級效率降低，同時也給汽輪機的安全運©14-2013ChiniiAcEidcmicJoumalElectronicPublishingHouse.411rightsresjcrved,356瀘天化科技2008年第4期理的真空下(-01088-0109MPa)運行。

19、行造成嚴重危害。因此,應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施。811增強末級動葉片進汽邊的表面硬度機械上,傳統(tǒng)的方法是采用在動葉片進汽邊鑲焊司太立合金的工藝進行處理。通過圖3和圖4的實際效果圖觀察發(fā)現(xiàn),4#汽輪機末級動葉片進汽邊已進行了司太立合金的鑲焊,3#汽輪機轉(zhuǎn)子雖較4#機后更換三年時間,但因其末級動葉片進汽邊未進行司太立合金的鑲焊,其末級動葉片進汽邊的水沖蝕裂度比4#機深。因此,建議先對3#機末級動葉片進行鑲焊司太立合金工藝的處理，然后再對3#、4#機的末兩級動葉片采用噴涂抗水蝕涂層的工藝進行處理，一方面避免了更換水蝕葉片的昂貴代價和補焊水蝕葉片造成變形的不良后果;另一方面可使葉片在運行過程中防止葉片被進

20、一步水蝕，亦可預(yù)防新的葉片水蝕。812嚴格控制工藝指標(1) 運用三元流理論驗算并有選擇性地進行流場和動應(yīng)力測試，以確定機組帶最低負荷的安全限制值，并將其列入運行規(guī)程。(2) 低負荷工況運行時，應(yīng)適當減少三段抽汽量，以增加進入汽輪機后汽缸的蒸汽流量。(3) 盡量縮短機組在空負荷附近的運行時間。(4) 盡可能保持汽輪機的進汽溫度在420445t范圍以內(nèi)。(5) 低負荷工況運行時，可適當減小循環(huán)冷卻水量，提高汽輪機的排汽背壓，保持凝結(jié)器在合9結(jié)束語本文以熱電車間3#、4#汽輪機第九級動葉片進汽邊水沖蝕為例，通過汽輪機的基本工作原理并結(jié)合大量的運行報表、資料，詳細地分析了熱電車間3#、4#汽輪機末級葉片水沖蝕的形成原因及其危害，并針對以上實例分析，提出有效的防范及整改措施，希望能有部分內(nèi)容對公司透平機的運行、維護及管理具有一些參考價值。參考文獻1汽輪機葉片的安全防護1機械工業(yè)出版社大功率汽輪機設(shè)備及運行1電力工業(yè)出版社