时间：2022-10-19 05:18:50
摘 要：汽轮机末级叶片是火力发电厂的重要零部件，直接影响着汽轮机组的安全性和经济性。近年来，频繁发生汽轮机末级叶片的早期断裂事故。低压段末级叶片损伤形式与原因是多种多样的，其主要有：（1）机械性损伤的形式与原因；（2）非机械性损伤的形式与原因。本文介绍了本文主要是探讨低压段末级叶片的两种非机械性损伤原因及处理方法，末级叶片在运行过程中受到腐蚀损伤和水蚀损伤，确定更换叶片的最佳条件，降低成本，获取最佳利益。
关键词：汽机 叶片 损坏原因 处理方法
中图分类号：TK263.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0144-02
1 汽轮机的叶片工作环境特点
汽轮机的叶片工作环境非常复杂、苛刻。具体可分为高、中、低压段三部分叶片，而低压汽轮机的低压段的末级叶片与-高、中压段的叶片相比工作条件有以下特点：低压段末级的蒸汽压力低于大气压，蒸汽容积流量显著加大，流动复杂；低压段末级的蒸汽含湿度较大，蒸汽中的水滴水珠对叶片影响显著；汽轮机变工况运行时，低压段末级叶片工作状态变化最大，严重影响其强度及振动；低压段末级叶片比其它叶片更长，强度条件更苛刻。
这些特点使得低压汽轮机在设计和制造过程中，对低压段末级叶片的设计必须考虑得更周全、严密。通常而言，低压段末级叶片的设计，比其它叶片的设计需要更先进的分析程序、更多项目的计算，以及更复杂的结构设计。而在制造上的难度更大如：叶片的电火花和火焰淬火及高频淬火强化、热喷涂、激光熔覆、局部激光表面淬火、周边镶嵌合等等。尽管如此，末级叶片的损坏依然时有发生。
2 低压段末级叶片损伤形式与原因
低压段末级叶片损伤形式与原因是多种多样，其主要有：机械性损伤的形式与原因；非机械性损伤的形式与原因。
机械性损伤与原因：比如外来硬质颗粒杂质进入汽轮机打坏叶片，汽轮机内部固定零部件脱落导致打坏叶片，转子与汽缸找中不好或汽缸变形使叶片与汽封片碰擦，在叶片围带上磨出沟槽等，但大部分损伤主要是末级叶片设计因素之外的原因造成的，是机械性损伤。这一类损伤视其严重程度，及对运行的影响大小，可采取不同措施进行处理。
非机械性损伤与原因：因蒸汽品质不良致叶片受到腐蚀而产生的损伤；叶片受湿蒸汽中液态水冲击发生了水蚀现象产生的损伤。本文主要是探讨低压段末级叶片的两种非机械性损伤原因及处理方法：因蒸汽品质不良致叶片受到腐蚀而产生的损伤原因分析及处理方法。
原因分析：通常情况下，低压汽轮机末级叶片使用耐热不锈钢制造。此种材料具有良好的耐蚀性，因为其表面会生成一层致密的、稳定的氧化保护膜。但如果蒸汽中含有CO2，SO2，特别是含有氯离子时，叶片表面的保护膜受就会到侵蚀，并且很快向纵深发展，使叶片产生腐蚀，叶片强度会大大降低。以2Cr13不锈钢为例，常温下空气中的弯曲疲劳强度为390 N/mm2（无缺口试样，应力循环次数n=5×107，下同），在洁净凝结水中弯曲疲劳强度也还有275～315 N/mm2，然而在NaCl含量≥1%的氯化物溶液中，弯曲疲劳强度急骤下降到115～135 N/mm2，疲劳强度降低就意味着使用寿命缩短。通过仪器对末级叶片的检验发现，低压末级叶片腐蚀大多出现在湿蒸汽区的各级，并且往往是在垢层下的叶片表面产生局部腐蚀，进而扩展出现裂纹，继续运行则会因腐蚀疲劳造成叶片断裂，通过仪器对断裂叶片的检查、分析显示，断口沉积层中含有氯化物。
3 减少、避免叶片的腐蚀损伤
通过以上分析知道汽轮机的低压段的末级叶片在运行中会受到腐蚀。然而汽轮机的叶片在停机状态下也会发生腐蚀，我们称做停机腐蚀。汽轮机停机后，腐蚀产生的主要原因是存留在缸内或漏入的蒸汽随汽轮机冷却生成凝结水，使叶片上的积盐溶解，而对叶片产生腐蚀，这种情况，腐蚀损坏在所有叶片上均会出现，而不是仅局限于湿蒸汽区工作的叶片。
处理方法：根据以上分析，为了减少、避免叶片的腐蚀损伤，我们对低压末级叶片损伤通常做如下处理。
（1） 通过完善锅炉给水和炉水的处理，保证蒸汽品质
（2） 重视和加强对汽轮机的停机维护有如下几点。
①汽轮机大修时，如检验发现叶片有裂纹，应安排更换有隐患的叶片。
②汽轮机运行中叶片断落只是偶发事故，并不是常见故障，然而一旦发生却会造成设备损坏或人身伤害的严重事故。汽轮机运行中叶片断落的特征是：机组突然发生无规则的负荷（转速）急剧变化；汽轮机通流部分发出可疑声响（凝气式汽轮机末级叶片断落时，凝汽器中发出金属撞击声，如断落叶片打破凝汽器冷却水管，凝结水电导率增加）；机组振动突然增大，尤其是低压级叶片断落时，振幅明显增大。机组运行中发生上述情况应立即停机，以防损失范围扩大。停机后开缸检查，证实叶片断落时，尽速与汽轮机供货商联系，协商修复事宜，必要时转子及受损部件发运至供货商，更换叶片重新作动平衡。中间级叶片断落往往会使其邻级静、动叶受损，因叶片断落无法盘车的汽轮机，需作转子弯曲检验。
（3） 低压末级叶片受湿蒸汽中液态水冲击发生水蚀现象产生的损伤及处理方法
①原因分析：低压汽轮机末级叶片的另外一种特有的而又常见的损伤情况，是末级叶片的水蚀。水蚀是一种非机械性损伤，是蒸汽湿度较大时出现的小水珠或水滴连续密集高速冲击叶片表面而造成的侵蚀现象，能够使叶片表面极其粗糙，增大蒸汽流动的摩擦损失，严重时叶片被冲刷出一定深度的凹痕或缺口，危及叶片安全。蒸汽湿度越大，含盐量越高，对叶片的冲蚀越严重。从汽轮机末级叶片水蚀的实际情况看，通常水蚀发生在末级叶片进汽边背弧处，且集中在叶身的上半部尤其是上1/3处。这是因为湿蒸汽中的小水珠或水滴速度低于蒸汽流速，进入动叶的相对进汽角大于蒸汽的相对进汽角，因而打击到叶片的背弧上；又因为动叶通常以超过300 m/s的线速度高速旋转，带动水滴、水珠往叶片顶部流动，因而冲击集中到叶片上半部份。（如图1：末级叶片水蚀现象照片）
除非汽轮机使用的蒸汽过热度较低或直接使用湿蒸汽，一般水蚀现象不会在高中压叶片上出现。由于湿度越大，水蚀越严重，一般而言，末级叶片的水蚀现象最为严重，且集中在叶身上1/3部位。因此水蚀现象通常只会影响汽轮机运行效率，以及末级叶片使用寿命。
2）处理方法：针对以上特点，对末级叶片的水蚀现象，通常做如下处理。
①提高叶片耐水蚀能力：提高末级叶片耐水蚀能力；常见的有对末级叶片进汽边背弧上半部位进行淬硬、渗氮甚至镶嵌硬质合金条等处理方法。这类方法通常简便易行，成本低，效果显著，因而最为常用。其中镶嵌硬质合金的方法，通常用于排汽湿度高于12%的场合；淬硬及渗氮则用于排汽湿度低于12%场合。
②设置叶片除湿装置：在汽轮机通流部分设计中，设置各种除湿装置，减少水蚀可能性；根据低压部位蒸汽流动特性，在静叶装置上设置水滴收集装置，以减少蒸汽中水滴含量，降低水蚀程度。这也是一种常用方法，可以有效降低末级叶片水蚀严重程度，延长末级叶片使用寿命。通常是在动叶进汽侧对应的静体上沿圆周开去湿槽，利用蒸汽中水滴水珠的向上流动方向，收集蒸汽中的水滴水珠，降低蒸汽湿度。效果较明显。在静叶表面开几道浅槽，把静叶叶身上的水膜导向静体上的去湿槽，可以明显强化去湿效果。
③提高蒸汽过热度：提高汽轮机新蒸汽的过热度，有效降低低压部位的蒸汽湿度；对于大部分汽轮机而言，其新蒸汽的过热度都很高，为降低排汽部位的蒸汽湿度而采用这种方法，不容易达到目的。但某些用于特殊场合的汽轮机，如核电汽轮机，垃圾发电汽轮机，其蒸汽初参数本来过热度就低，如果过热度能够提高10 ℃左右，可以降低排汽部位蒸汽湿度约1%（原湿度如果是13%，则可以降低为12%），效果还是非常明显的。
④对蒸汽再热：增加汽轮机中间再热处理，显著降低低压部位的蒸汽湿度；对于中大型发电汽轮机，中间再热是常见的，不仅可以提高整个电厂系统的热效率，同时能够极大地降低排汽湿度（原湿度如果是15%，则再热后可以降至8%左右），使得末级叶片水蚀现象显著减少。但对于小型汽轮机，采用中间再热方法有较大难度。
⑤在低压部位进行抽汽：由于通流部分中各部位蒸汽湿度是不一样的，同一轴向位置上，靠近叶片顶部的湿度明显高于叶片根部，因此，在低压部位进行抽汽，能够降低蒸汽湿度。根据某些研究，抽汽部位及抽汽量对除湿效果有明显影响。在低于大气压部位抽出1%～2%的蒸汽量效果最好，可以降低末级湿度约0.5%（原湿度为15.5%）。
⑥定期检修汽轮机，及时更换水蚀程度较高的末级叶片：这是一项消除产生水蚀现象带来的影响叶片的方法。对于运行厂家，可以根据提高效率或防止叶片断裂等不同目的，确定更换末级叶片的条件，以降低成本，获取最佳利益。
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