N300－16.7／537／537汽輪機(jī)軸振突增、葉片斷裂原因分析及處理

郝云馮

（湖北省電力建設(shè)第二工程公司，湖北 武漢430074）

0 引言

某4×300MW電廠汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300－16.7／537／537－5型亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)。其中3號(hào)汽輪機(jī)于1999年8月28日投產(chǎn)，2002年進(jìn)行過一次檢查性大修，原計(jì)劃于2006年10月進(jìn)行第2次大修，2006年4月11日，3號(hào)汽輪機(jī)發(fā)生了一起軸振突增、葉片斷裂事件。

1 事件簡介

2006年4月11日04：45，3號(hào)機(jī)組負(fù)荷255MW，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，運(yùn)行人員沒有進(jìn)行其他操作，3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)3X、4X方向軸振突然增大，其他各軸振也有小幅變化，然后基本在該數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來。軸振異常突增前后的主要參數(shù)如表1所示。

表1 軸振異常突增前后主要參數(shù)表

4月11日05：23，3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)再次發(fā)生振動(dòng)小幅階躍的現(xiàn)象。突增前：3X方向軸振為111.1μm，4X方向軸振為156.6μm；突增后：3X方向軸振為124.1μm，4X方向軸振為168.8μm。

第2次軸振突增后，軸振情況基本穩(wěn)定。3X方向軸振穩(wěn)定在130μm左右，4X方向軸振穩(wěn)定在168μm左右，瓦振穩(wěn)定在30～50μm。

4月13日00：52，3號(hào)機(jī)組按調(diào)度安排計(jì)劃停機(jī)，停機(jī)過程中（機(jī)組負(fù)荷30MW時(shí)）4X方向軸振有小幅上漲，最大達(dá)到190μm。停機(jī)過程中聯(lián)系有關(guān)單位進(jìn)行了振動(dòng)檢測，檢測分析結(jié)果為質(zhì)量不平衡分量引起的振動(dòng)突增，初步懷疑3號(hào)汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子部件發(fā)生脫落。

2 主要缺陷

3號(hào)機(jī)組停機(jī)后，檢修人員主要檢查了低壓缸正反末級(jí)葉片／汽封、低壓轉(zhuǎn)子兩端輪轂平衡重塊、中低對輪平衡重塊、凝汽器汽側(cè)熱井及銅管、低壓通流等部分。找到的主要故障點(diǎn)如下：

4月16日，檢修人員在凝汽器銅管（四號(hào)瓦側(cè)）上發(fā)現(xiàn)一塊可疑金屬物。可疑金屬物厚度4.2mm，有一約0.6mm的臺(tái)階，中部寬度20mm左右，重量65g，兩端為尖狀，局部有高溫痕跡。4月17日，聯(lián)系有關(guān)單位對該可疑金屬物進(jìn)行了光譜分析，確定材質(zhì)為1Cr12WMoV，與低壓葉片圍帶材質(zhì)一致，而低壓轉(zhuǎn)子葉片材質(zhì)為AISI403（相當(dāng)于1Cr13）。根據(jù)以上結(jié)果，分析判斷該可疑金屬物為低壓汽輪機(jī)正向次末級(jí)葉片圍帶碎片。

4月17日，聯(lián)系有關(guān)單位用內(nèi)窺鏡重點(diǎn)檢查了低壓汽輪機(jī)正向次末級(jí)葉片圍帶。發(fā)現(xiàn)正向次末級(jí)葉片圍帶有一大、一小共2處斷裂痕跡。

4月18日，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題，有關(guān)部門召開了專題會(huì)，會(huì)議決定揭開3號(hào)汽輪機(jī)低壓缸，徹底處理次末級(jí)葉片及其圍帶，并檢查各級(jí)通流部分受損情況。

4月20日20：00，3號(hào)汽輪機(jī)揭開低壓內(nèi)缸及正向5級(jí)隔板，徹底檢查了正向次末級(jí)轉(zhuǎn)子葉片及圍帶，發(fā)現(xiàn)的主要問題如下：（1）第1組葉片及圍帶損壞嚴(yán)重，第6片葉片從中部拉筋處斷裂缺失上部半片，第2片葉片有明顯裂紋，第7片葉片明顯扭彎，第5、6、7、8片葉片圍帶基本全部缺失，僅第9片葉片圍帶部分殘留。（2）第10組葉片第8片葉片有明顯裂紋，第8、9片葉片圍帶斷裂。（3）第13組葉片第4片葉片與圍帶鉚接不良，第9片圍帶有明顯裂紋。（4）內(nèi)缸進(jìn)汽口電側(cè)出現(xiàn)裂紋，內(nèi)缸正向6級(jí)隔板也出現(xiàn)裂紋。（5）通過滲透探傷檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子反向第5級(jí)第3組葉片圍帶也存在裂紋。

3 原因分析

（1）圍帶安裝工藝較差，導(dǎo)致圍帶鉚釘處應(yīng)力集中，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長，圍帶鉚釘處出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，然后裂紋逐漸發(fā)展，導(dǎo)致圍帶撕裂，引起葉片斷裂。（2）圍帶斷裂后，整個(gè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的頻率發(fā)生變化，在機(jī)組停機(jī)過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)加大，也是導(dǎo)致葉片斷裂的一個(gè)可能因素。

4 處理方案

根據(jù)制造廠的意見，經(jīng)過有關(guān)技術(shù)人員的共同協(xié)商，最后決定更換正向第5級(jí)全部動(dòng)葉和圍帶，并對反向第5級(jí)圍帶裂紋進(jìn)行補(bǔ)焊處理。在處理葉片的同時(shí)，對于發(fā)現(xiàn)的低壓內(nèi)缸進(jìn)汽口電側(cè)裂紋和內(nèi)缸正向6級(jí)隔板下的裂口進(jìn)行了補(bǔ)焊處理。同時(shí)利用此次揭缸機(jī)會(huì)對低壓端部汽封進(jìn)行了技改。

4.1 檢修進(jìn)度

主要檢修進(jìn)度如表2所示。

表2 檢修進(jìn)度一覽表

4.2 檢修流程

（1）揭缸：1）松開中低壓連通管法蘭螺栓，吊出中低壓連通管，將低壓進(jìn)汽口、中壓排汽口封堵好，并貼好封條；2）松開低壓外缸中分面螺栓，裝上導(dǎo)桿，吊開低壓外缸上半，封閉汽缸中分面孔洞；3）按順序拆卸內(nèi)缸中分面螺栓，吊開低壓外缸上半；4）吊出低壓上半隔板；5）汽缸調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)壁溫降至150℃時(shí)，停盤車、停油泵，揭開中低、低壓后半軸承箱蓋；6）測量3號(hào)、4號(hào)軸頸揚(yáng)度，3號(hào)、4號(hào)軸瓦瓦口間隙；7）測量中低、低發(fā)聯(lián)軸器晃度，測量端部汽封間隙；8）轉(zhuǎn)子對低壓基準(zhǔn)油擋洼窩找中心；9）拆卸中低聯(lián)軸器螺栓并作好標(biāo)記，頂開聯(lián)軸器，吊出聯(lián)軸器墊片；10）拆卸低發(fā)聯(lián)軸器螺栓并作好標(biāo)記，頂開聯(lián)軸器，吊出聯(lián)軸器墊片；11）測量低發(fā)聯(lián)軸器中心原始數(shù)據(jù)；12）測量3號(hào)、4號(hào)軸頸揚(yáng)度、3號(hào)、4號(hào)軸瓦瓦口間隙；13）測量低壓聯(lián)軸器晃度；14）轉(zhuǎn)子對低壓基準(zhǔn)油擋洼窩找中心；15）吊出低壓轉(zhuǎn)子。

（2）葉片更換：1）對低壓轉(zhuǎn)子反向5級(jí)葉片拉筋處葉頂處著色檢查，對低壓轉(zhuǎn)子反向5級(jí)、正反6級(jí)葉片測頻檢查；2）拆卸正向5級(jí)葉片；3）更換正向5級(jí)葉片；4）盤車車削正向5級(jí)葉片圍帶。

（3）缸內(nèi)間隙復(fù)查：1）更換損壞的正向第5級(jí)圍帶汽封；2）吊入低壓轉(zhuǎn)子，測量調(diào)整正向第5級(jí)圍帶汽封間隙。

（4）內(nèi)缸裂紋補(bǔ)焊處理：1）在裂紋兩側(cè)端頭鉆孔，切斷裂紋；2）將裂紋完全打磨干凈，同時(shí)打磨好坡口；3）在坡口處焊接一道焊縫，焊縫冷卻后，錘擊焊縫，應(yīng)力完全消除后再進(jìn)行下一道焊縫的焊接工作；4）滿焊坡口。

（5）低壓汽封技改：1）按設(shè)計(jì)要求在汽封體上半供汽口處調(diào)端左側(cè)鉆一30mm，右側(cè)鉆一50mm通孔；電端左側(cè)鉆一50mm，右側(cè)鉆一30mm通孔；2）吊入汽封體上半就位；3）裝配聯(lián)通各孔至供汽管道。

（6）聯(lián)軸器中心復(fù)查：1）吊入低壓轉(zhuǎn)子；2）轉(zhuǎn)子對低壓基準(zhǔn)油擋洼窩找中心；3）聯(lián)結(jié)中低聯(lián)軸器，測量中低聯(lián)軸器外圓晃度及螺栓緊固伸長量；4）以低壓轉(zhuǎn)子為基準(zhǔn)測量低發(fā)聯(lián)軸器中心；5）聯(lián)接低發(fā)聯(lián)軸器，測量低發(fā)聯(lián)軸器外圓晃度及螺栓緊固伸長量。

（7）低壓缸扣蓋。低壓缸扣蓋順序如下：1）吊入正向5級(jí)下半隔板；2）清理3號(hào)、4號(hào)軸瓦下半，吊入低壓轉(zhuǎn)子；3）吊入低壓正反一級(jí)隔板上半分流環(huán)；4）吊入低壓正向2～6級(jí)隔板上半；5）吊入低壓反向2～6級(jí)隔板上半；6）吊入低壓汽封（調(diào)、電）上半；7）緊好所有已裝好的部套螺栓；8）吊入低壓內(nèi)缸上半，連通低壓噴水管；9）吊入低壓外缸上半；10）汽缸中分面螺栓緊固；11）吊入低壓進(jìn)汽管；12）安裝連通管；13）安裝3號(hào)、4號(hào)軸瓦上半。

（8）軸承座扣蓋：1）將軸承座內(nèi)污油及鐵屑等異物仔細(xì)清理干凈；2）裝配各油擋及3號(hào)、4號(hào)軸瓦上半，恢復(fù)熱工測點(diǎn)；3）軸承座扣蓋。

4.3 處理后的效果

5月5日，3號(hào)機(jī)組順利啟動(dòng)，各軸承振動(dòng)均在50μm以內(nèi)，機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，基本上達(dá)到了檢修目的。

5 結(jié)論與建議

（1）本次檢修任務(wù)在汽輪機(jī)高中壓缸及發(fā)電機(jī)未進(jìn)行大調(diào)整的情況下進(jìn)行了低壓缸揭缸、低壓轉(zhuǎn)子解聯(lián)軸器和更換葉片的工作，檢修后的機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)節(jié)約了工期，確保了機(jī)組的按期投入運(yùn)行，為以后的同類檢修工作積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。（2）本次檢修工作為節(jié)約時(shí)間，在缸溫尚未完全冷卻的情況下解開了中低、低發(fā)聯(lián)軸器，復(fù)裝時(shí)聯(lián)軸器中心未進(jìn)行調(diào)整，僅進(jìn)行了聯(lián)軸器中心復(fù)查，記錄復(fù)查數(shù)據(jù)后直接進(jìn)行了聯(lián)軸器的聯(lián)接工作。雖然本次檢修工作完畢后，機(jī)組運(yùn)行狀況良好，但如何保證聯(lián)軸器中心及在不調(diào)整聯(lián)軸器中心情況下進(jìn)行聯(lián)軸器聯(lián)接等技術(shù)問題都需要我們在今后的工作中做進(jìn)一步探索、研究。（3）為了防止同類故障的再次發(fā)生，在1號(hào)機(jī)組小修中對1號(hào)汽輪機(jī)也進(jìn)行了揭蓋檢查。宏觀檢查了低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子正、反6級(jí)葉片；著色探傷檢查了正、反末3級(jí)葉片（共6級(jí)）圍帶；著色探傷檢查了次末級(jí)拉筋與葉片拉筋孔。檢查中雖然發(fā)現(xiàn)了部分小缺陷，但沒有發(fā)現(xiàn)裂紋等危害性缺陷。對其他同類型的幾臺(tái)機(jī)組也準(zhǔn)備在小修過程中揭蓋檢查，以避免同類故障的再次發(fā)生。