切除低壓缸運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)策略探索

楊 陽(yáng)

(上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠，上海 200240)

在我國(guó)電力產(chǎn)能過(guò)剩的情況下，隨著國(guó)家對(duì)清潔能源消納力度的增加，火電機(jī)組的調(diào)峰需求逐漸增大，一些歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家火電機(jī)組的先進(jìn)調(diào)峰經(jīng)驗(yàn)[1-2]也漸漸進(jìn)入國(guó)內(nèi)火電行業(yè)視野。為響應(yīng)國(guó)家火電靈活性改造政策要求，提高機(jī)組供熱期深度調(diào)峰能力和供熱能力，增強(qiáng)機(jī)組在電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力和盈利能力，國(guó)內(nèi)一些電廠開(kāi)始關(guān)注并實(shí)施低壓缸切缸改造。同時(shí)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)火電市場(chǎng)一些新機(jī)組在招標(biāo)時(shí)就要求具有低壓缸切除能力，以獲得更大的熱電比，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

“低壓缸切缸”也稱“低壓缸零出力”，是將低壓缸進(jìn)汽切除，僅保留少量的冷卻蒸汽，用于帶走低壓轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)產(chǎn)生的熱量，從而實(shí)現(xiàn)低壓缸零功率運(yùn)行的一種技術(shù)方法。由于低壓缸進(jìn)汽量極小，因此切缸后低壓缸處于鼓風(fēng)狀態(tài)運(yùn)行，必須采用噴水降溫的方式對(duì)汽輪機(jī)排汽進(jìn)行降溫。

汽輪機(jī)在抽凝狀態(tài)運(yùn)行，存在低壓缸最小冷卻流量，以保證額定背壓下的低壓缸排汽容積流量充足。國(guó)內(nèi)切除低壓缸技術(shù)方案有兩種，一種為直接將汽輪機(jī)抽凝工況下的低壓缸最小冷卻流量狀態(tài)切換到最終切缸狀態(tài)，另一種為在抽凝到切缸工況之間實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，并實(shí)現(xiàn)中間工況點(diǎn)的靈活性停留。

以上兩種技術(shù)方案均有效降低了低壓缸冷卻蒸汽流量消耗，提高了機(jī)組供熱能力、深度調(diào)峰能力、機(jī)組運(yùn)行靈活性以及供熱經(jīng)濟(jì)性。但是，由于低壓缸運(yùn)行條件苛刻，上述方案也面臨著運(yùn)行上的難度以及相應(yīng)的不安全因素。

本文將對(duì)汽輪機(jī)切除低壓缸運(yùn)行存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，旨在最大程度上確保汽輪機(jī)切缸工況下的運(yùn)行安全性。

1 方案介紹

圖1 連通管位置改造示意

連通管位置設(shè)計(jì)方案如圖1所示，常規(guī)供熱機(jī)組的連通管為單支結(jié)構(gòu)，連通管調(diào)節(jié)閥(一般為蝶閥)帶有最小流量的通流孔或機(jī)械限位，具備切除低壓缸功能的機(jī)組連通管一般設(shè)計(jì)為連通管加小旁路結(jié)構(gòu)，連通管及小旁路上均設(shè)置調(diào)節(jié)閥。連通管調(diào)節(jié)閥為完全密封式閥門(mén)，連通管旁路上的調(diào)節(jié)閥則需要留有通流孔或機(jī)械限位以及間隙，以防止低壓缸完全悶缸。低壓缸進(jìn)汽側(cè)裝設(shè)壓力測(cè)點(diǎn)和溫度測(cè)點(diǎn)，低壓缸進(jìn)汽量作為重要的控制參數(shù)，可以通過(guò)低壓缸進(jìn)出口參數(shù)和弗留格爾公式計(jì)算，也可以在旁路上加裝流量測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量，并在分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)上做數(shù)值顯示。由于不能確保連通管調(diào)節(jié)閥的絕對(duì)密封性，若存在泄漏，則低壓缸的進(jìn)汽量等于連通管泄漏量與通過(guò)旁路的流量之和，因此通過(guò)加裝孔板流量計(jì)等流量測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量低壓缸進(jìn)汽流量的方法，精確度存在較大不確定性，推薦采用弗留格爾公式計(jì)算低壓缸進(jìn)汽流量。

要使汽輪機(jī)具備切缸運(yùn)行能力，在系統(tǒng)上不同于常規(guī)抽凝機(jī)組的設(shè)計(jì)還包括以下幾個(gè)方面。

1.1 噴水系統(tǒng)

切缸狀態(tài)下低壓缸進(jìn)汽量極小，因此切缸后低壓缸處于鼓風(fēng)狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)排汽溫度過(guò)高，會(huì)損壞凝汽器或排汽裝置，必須采用噴水降溫的方式對(duì)汽輪機(jī)排汽進(jìn)行降溫。

噴頭的霧化效果取決于噴頭內(nèi)壓力是否處在合適的范圍內(nèi)。噴水管路是在汽輪機(jī)啟動(dòng)及事故工況下使用的，其配置容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出切缸的需求，若將其用于切缸工況，將導(dǎo)致兩種情況：(1)噴水霧化效果雖然好，但噴水過(guò)量，回流濕蒸汽會(huì)加快葉片水蝕速度;(2)噴水雖然適量，但霧化效果不好，仍然會(huì)加快葉片水蝕速度。因此需要增加切缸專用的小噴水管路，保證噴水適量和霧化效果。

1.2 設(shè)置末3級(jí)鼓風(fēng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)

切缸后低壓缸進(jìn)汽流量小，末級(jí)、次末級(jí)、次次末級(jí)葉片均有可能處于做負(fù)功狀態(tài)，鼓風(fēng)發(fā)熱較為嚴(yán)重，若葉片溫度，尤其是動(dòng)葉溫度超過(guò)葉片自身許用溫度，將會(huì)導(dǎo)致葉片損壞，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)，故需裝設(shè)末級(jí)、次末級(jí)、次次末級(jí)熱電偶，分別監(jiān)測(cè)末級(jí)、次末級(jí)、次次末級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口溫度。

1.3 軸封加熱器再循環(huán)

部分抽凝機(jī)組的抽汽供熱回水流至除氧器或低壓加熱器位置，導(dǎo)致軸封加熱器冷卻水量不足，需要通過(guò)再循環(huán)回路增加軸封加熱器的冷卻流量，以保證正常運(yùn)行。

1.4 增設(shè)葉片顫振監(jiān)測(cè)裝置

需要增設(shè)葉片顫振監(jiān)測(cè)裝置，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)末級(jí)葉片的葉頂間隙、葉片振幅，振動(dòng)頻率、葉片溫度。

1.5 控制邏輯

控制邏輯的主要內(nèi)容如下：

1)將新增各壓力、溫度測(cè)點(diǎn)接入數(shù)字電液(Digital Electro Hydraulic, DEH)控制系統(tǒng)，根據(jù)工況的不同，增加相應(yīng)的報(bào)警保護(hù)邏輯，用來(lái)保護(hù)低壓缸和末級(jí)葉片；

2)梳理抽凝運(yùn)行邏輯中不適用于切缸工況的邏輯，邏輯判斷機(jī)組處于切缸工況時(shí)，對(duì)這些邏輯予以屏蔽；

3)根據(jù)切缸后的機(jī)組電、熱負(fù)荷特性，優(yōu)化調(diào)整機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制(Automatic Generation Control，AGC)負(fù)荷相應(yīng)控制邏輯，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行；

4)設(shè)置切缸狀態(tài)噴水保護(hù)邏輯，精確控制噴水量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)排汽溫度的精確控制。

2 潛在風(fēng)險(xiǎn)

低壓缸切除及靈活運(yùn)行的潛在風(fēng)險(xiǎn)主要在四個(gè)方面：葉片顫振、動(dòng)靜碰磨、葉片鼓風(fēng)發(fā)熱和葉片水蝕。

2.1 葉片顫振

葉片顫振是在汽流激振力的作用下，由于汽固耦合作用所形成的自激振動(dòng)，這種振動(dòng)非常劇烈，振幅遠(yuǎn)超葉片的常規(guī)振動(dòng)。葉片處于顫振狀態(tài)運(yùn)行，葉片發(fā)生疲勞斷裂的時(shí)間將大大提前，為汽輪機(jī)運(yùn)行帶來(lái)附加風(fēng)險(xiǎn)。

葉片顫振一般出現(xiàn)在小容積流量下，汽輪機(jī)切缸狀態(tài)下低壓缸末級(jí)葉片的振動(dòng)就非常容易落在易顫振區(qū)域，加之低壓缸進(jìn)汽量極少，流場(chǎng)不穩(wěn)定，容易造成汽流激振力的波動(dòng)，更容易發(fā)生葉片顫振。因此必須采取相應(yīng)措施，避開(kāi)易顫振區(qū)域。

2.2 動(dòng)靜碰磨

汽輪機(jī)切缸狀態(tài)下變工況運(yùn)行，末級(jí)葉片、內(nèi)缸溫度變化大，溫度分布不均，引起葉頂間隙的改變，有出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨的風(fēng)險(xiǎn)。圖2展示了某機(jī)組切缸過(guò)程中末級(jí)葉片葉頂間隙的變化。

圖2 某機(jī)組切缸過(guò)程末級(jí)葉片葉頂間隙變化

2.3 葉片鼓風(fēng)發(fā)熱

切缸狀態(tài)運(yùn)行下，低壓缸末級(jí)、次末級(jí)甚至次次末級(jí)葉片都處于做負(fù)功狀態(tài)，鼓風(fēng)發(fā)熱嚴(yán)重，葉片局部溫度有可能超過(guò)許用溫度，這會(huì)引起葉片剛度降低，導(dǎo)致葉片共振區(qū)接近工作轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生共振風(fēng)險(xiǎn)。另外，排汽溫度超過(guò)排汽裝置或凝汽器的許用值，還會(huì)對(duì)其造成損壞。

2.4 葉片水蝕

如圖3所示，低壓缸排汽容積流量較小時(shí)，會(huì)在排汽區(qū)形成回流。切缸狀態(tài)下，必須通過(guò)噴水來(lái)抑制汽輪機(jī)排汽溫度，這會(huì)導(dǎo)致噴水被回流卷吸，噴水產(chǎn)生的水滴被回流夾帶，打在末級(jí)葉片的出汽邊根部，造成較為嚴(yán)重的水蝕。此區(qū)域離心應(yīng)力水平高，水蝕后裂紋擴(kuò)展快，隨著運(yùn)行時(shí)間的日積月累，葉片的安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)逐漸增大，水蝕達(dá)到一定的程度即會(huì)造成葉片斷裂事故，給汽輪機(jī)的運(yùn)行安全帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 汽輪機(jī)低壓缸排汽區(qū)域回流示意[3]

3 低壓缸切除及靈活運(yùn)行潛在風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防

3.1 葉片顫振及動(dòng)靜碰磨的預(yù)防

3.1.1 基于理論研究成果避開(kāi)顫振危險(xiǎn)區(qū)域

國(guó)內(nèi)外對(duì)葉片顫振均有一定的理論研究。張揚(yáng)軍等[4]分析了葉片間相角和成組葉片邊緣的氣彈穩(wěn)定性對(duì)蒸汽輪機(jī)葉片顫振的影響；姜偉等[5]基于流固耦合的時(shí)域分析法對(duì)葉片顫振問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬分析研究。

基于國(guó)內(nèi)外在汽輪機(jī)葉片顫振方面的理論研究成果，部分改造廠商推測(cè)了發(fā)生概率較高的顫振容積流量區(qū)域，給定一個(gè)如圖4陰影區(qū)域所示禁止運(yùn)行區(qū)域，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中避開(kāi)該區(qū)域。

圖4 顫振發(fā)生區(qū)示意圖

這種基于純理論的做法存在一定的弊端。首先，葉片顫振作為葉輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域的一大難題，其誘發(fā)的精確條件和在特定邊界條件下引發(fā)的精確結(jié)果至今仍在探索中，未有定論，因此禁止運(yùn)行區(qū)域的設(shè)定存在很大的不確定性。其次，由于需要考慮不確定性，禁止運(yùn)行區(qū)域的設(shè)置較為寬泛，大大影響了汽輪機(jī)切缸運(yùn)行的靈活性，給電廠運(yùn)行設(shè)置了較大的障礙。最后，由于末級(jí)葉片存在眾多的形式，如自由葉片、拉筋成組葉片、整圈自鎖葉片等，葉片形式的不同決定了誘發(fā)顫振的條件和難易程度不同。因此基于理論研究成果的方法在適用性方面存在較大的爭(zhēng)議。

3.1.2 基于動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)避開(kāi)顫振危險(xiǎn)區(qū)域

采用無(wú)線電遙測(cè)技術(shù)對(duì)葉片動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，是一種較為傳統(tǒng)的測(cè)量葉片動(dòng)應(yīng)力的方法。該方法通過(guò)貼應(yīng)變片的方式測(cè)量并分析葉片動(dòng)應(yīng)力。

由于發(fā)射機(jī)裝在缸內(nèi)，由電池供應(yīng)電力，一般該系統(tǒng)工作的時(shí)間只有幾天左右，因此機(jī)組安裝調(diào)試完成后必須盡快進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)機(jī)組切缸后所有可能的運(yùn)行工況全部進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，以得出切缸狀態(tài)下的危險(xiǎn)工況，在以后的切缸運(yùn)行中予以避開(kāi)。

這種方法也常用于長(zhǎng)葉片的開(kāi)發(fā)測(cè)試。這種測(cè)試方法也存在一定的弊端，由于應(yīng)變片粘貼牢固性往往不足以承受葉片3 000 r/min旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的離心力作用和蒸汽的高速?zèng)_擊，試驗(yàn)中應(yīng)變片可能脫落，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.1.3 葉片振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)

葉片振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)在硬件層面一般由采集端和監(jiān)控端兩部分構(gòu)成。

采集端架構(gòu)如圖5所示，由轉(zhuǎn)速傳感器、電渦流傳感器、前置采集模塊、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模塊和服務(wù)器構(gòu)成，電渦流傳感器與轉(zhuǎn)速傳感器配合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)葉片振幅、頻率及葉頂動(dòng)靜間隙的監(jiān)測(cè)，溫度傳感器可以安裝用來(lái)輔助測(cè)量葉片的金屬溫度。

監(jiān)控端結(jié)構(gòu)如圖6所示。振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)、溫度信號(hào)由工控機(jī)通過(guò)通信協(xié)議連接至DEH控制系統(tǒng)。通訊卡件接入電廠DEH顯示，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸至交換機(jī)，連接到電廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，或者通過(guò)網(wǎng)閘、虛擬私人網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電信調(diào)制解調(diào)器連接至該系統(tǒng)提供商，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)。

圖5 葉片振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集端

圖6 葉片振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控端

該系統(tǒng)采用了葉尖定時(shí)原理[6]，通過(guò)測(cè)量葉片到達(dá)傳感器的時(shí)間及相應(yīng)的同步共振及異步振動(dòng)的算法，計(jì)算出葉片的振動(dòng)參數(shù)。這種技術(shù)之前用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的開(kāi)發(fā)測(cè)試，后被用于汽輪機(jī)長(zhǎng)葉片的開(kāi)發(fā)，在核電汽輪機(jī)、供熱機(jī)組、深度調(diào)峰機(jī)組上有廣闊的應(yīng)用前景。

將該技術(shù)用于汽輪機(jī)低壓缸切缸運(yùn)行，不僅能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量葉片的振幅、頻率，而且可以解決葉頂間隙的實(shí)時(shí)監(jiān)控問(wèn)題。由于其具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、長(zhǎng)期監(jiān)控的特點(diǎn)，汽輪機(jī)一旦出現(xiàn)顫振，相應(yīng)數(shù)據(jù)將被記錄，并在以后的運(yùn)行過(guò)程中予以避開(kāi)。同時(shí)在振幅、葉頂間隙超過(guò)許用值時(shí)，通過(guò)發(fā)出報(bào)警的方式，協(xié)助運(yùn)行人員迅速改變機(jī)組運(yùn)行工況，從而避免汽輪機(jī)進(jìn)入危險(xiǎn)工況運(yùn)行。

因此，相比基于理論推測(cè)顫振危險(xiǎn)區(qū)域和葉片動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)的方法，該方案具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而目前該方案硬件成本較高。

3.2 葉片鼓風(fēng)發(fā)熱的控制

汽輪機(jī)在抽凝狀態(tài)運(yùn)行，存在低壓缸最小冷卻流量，這個(gè)最小冷卻流量的設(shè)定主要考慮額定背壓下低壓缸排汽要有足夠的容積流量，防止末級(jí)葉片進(jìn)入鼓風(fēng)狀態(tài)。考慮到低壓缸進(jìn)汽量過(guò)少引起汽流激振力的變化誘發(fā)葉片顫振問(wèn)題，對(duì)于常規(guī)抽凝機(jī)組，主機(jī)廠一般不允許機(jī)組在流量低于低壓缸最小冷卻流量的情況下運(yùn)行。

當(dāng)汽輪機(jī)向切缸狀態(tài)切換，如圖7所示，汽輪機(jī)低壓缸的進(jìn)汽壓力越低，進(jìn)汽量就越少，保證低壓末葉片不做負(fù)功的最高背壓就越低。因此，需要通過(guò)降低背壓來(lái)控制葉片鼓風(fēng)發(fā)熱。

圖7 低壓缸切缸運(yùn)行背壓指導(dǎo)曲線

為了規(guī)避顫振風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)進(jìn)行低壓缸切缸改造的一般方案為從汽輪機(jī)抽凝工況下的低壓缸最小進(jìn)汽量狀態(tài)快速切換到最終切缸狀態(tài)。由于切缸狀態(tài)下低壓缸進(jìn)汽量極低，因此很難通過(guò)運(yùn)行調(diào)整的方式將背壓降低至葉片完全不做負(fù)功狀態(tài)，故末級(jí)、次末級(jí)，甚至次次末級(jí)葉片仍有可能處于鼓風(fēng)狀態(tài)運(yùn)行。因此加裝末級(jí)、次末級(jí)和次次末級(jí)熱電偶是必要的。通過(guò)末3級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口溫度的監(jiān)測(cè)，以及必要時(shí)增加低壓缸冷卻蒸汽量來(lái)防止葉片溫度超過(guò)許用值。

上海電氣及相關(guān)合作單位通過(guò)降低背壓的方式，保障低壓缸在更低的進(jìn)汽量下充足的排汽容積流量，并通過(guò)葉片振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的手段規(guī)避顫振風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)抽凝到切缸工況的平滑過(guò)渡和機(jī)組在中間工況點(diǎn)的停留，這種靈活性切除低壓缸的方式在汽輪機(jī)沒(méi)有必要進(jìn)行完全切缸時(shí)能夠有效防止葉片鼓風(fēng)發(fā)熱和排汽超溫。實(shí)際上只要背壓可以優(yōu)化到足夠低的程度，這種運(yùn)行工況就能無(wú)限接近低壓缸切除工況，但其卻具有不需要噴水減溫的重大優(yōu)越性。如圖7所示，汽輪機(jī)在斜線陰影區(qū)域運(yùn)行，末級(jí)葉片具有足夠的容積流量，因此不會(huì)鼓風(fēng)發(fā)熱。黑色區(qū)域?yàn)橥ㄟ^(guò)葉片振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得的出現(xiàn)顫振的區(qū)域，該區(qū)域不允許運(yùn)行，淺色區(qū)域接近顫振區(qū)，不建議在這個(gè)區(qū)域長(zhǎng)期運(yùn)行。

另一方面，在保證汽輪機(jī)運(yùn)行安全的前提下，盡量降低低壓缸的進(jìn)汽溫度，對(duì)于切除低壓缸運(yùn)行也有較大的好處。相同的低壓缸冷卻蒸汽量下，較低的進(jìn)汽溫度使得流經(jīng)每一級(jí)低壓葉片的蒸汽溫度也相對(duì)較低，葉片的安全能夠得到更大的保證?？梢酝ㄟ^(guò)降低采暖抽汽壓力，即中排壓力的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)更低的低壓缸進(jìn)汽溫度，其原理如圖8所示。該焓熵圖中給出了切除低壓缸運(yùn)行狀態(tài)下，相同低壓缸冷卻蒸汽量下蒸汽從中壓缸進(jìn)口到低壓缸進(jìn)口兩種不同中排調(diào)整抽汽壓力設(shè)定下的蒸汽膨脹線，由圖8可見(jiàn)，過(guò)程2相對(duì)過(guò)程1采暖抽汽壓力更低，其低壓缸進(jìn)汽溫度也更低。

圖8 兩種不同采暖抽汽壓力蒸汽膨脹線

圖9 調(diào)節(jié)級(jí)壓力或再熱壓力與推薦中排壓力曲線及相應(yīng)整定值

圖9給出了基于理論計(jì)算的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力或再熱壓力與推薦中排壓力(即采暖抽汽壓力)的關(guān)系。汽輪機(jī)切除低壓缸運(yùn)行時(shí)，在滿足熱網(wǎng)抽汽壓力的前提下按照該曲線運(yùn)行，能夠使低壓缸進(jìn)汽溫度達(dá)到最低，確保汽輪機(jī)中壓葉片安全。為了保證切缸運(yùn)行時(shí)低壓缸溫度不至于過(guò)度升高，圖中還給出了切缸狀態(tài)調(diào)整抽汽壓力上限，并將保護(hù)定值做進(jìn)控制邏輯中，用于提醒運(yùn)行人員。為防止中壓葉片，尤其是中壓末級(jí)葉片壓差過(guò)大，并防止調(diào)整抽汽壓力超限，還應(yīng)對(duì)調(diào)整抽汽壓力設(shè)置最低限制，對(duì)抽汽壓力設(shè)置最高限制，并設(shè)置相應(yīng)的邏輯保護(hù)。

3.3 葉片水蝕的預(yù)防

當(dāng)汽輪機(jī)不能在圖7所示斜線陰影區(qū)域運(yùn)行時(shí)，低壓末級(jí)葉片就會(huì)進(jìn)入鼓風(fēng)狀態(tài)運(yùn)行。一旦排汽溫度超過(guò)允許值，噴水裝置就會(huì)投入，以降低排汽溫度，末級(jí)葉片出汽邊根部水蝕就不可避免。因此最好的運(yùn)行方式就是將運(yùn)行背壓控制在斜線陰影區(qū)域，噴水裝置不投入運(yùn)行。

如果因?yàn)榭陀^運(yùn)行條件的限制，不得不采取噴水措施，則建議精確控制噴水量，使得排汽溫度能夠略高于當(dāng)前背壓對(duì)應(yīng)的蒸汽飽和溫度，即使排汽存在一定的過(guò)熱度，盡量減少排汽與噴水混合之后水滴的出現(xiàn)。這在一定程度上能夠降低水蝕的影響。

為了降低水蝕對(duì)葉片的損害作用，國(guó)內(nèi)在進(jìn)行低壓缸切缸改造方面也有引入葉片金屬噴涂的方案[7]。一般意義上來(lái)說(shuō)，幾乎所有防水蝕措施都會(huì)或多或少降低葉片的強(qiáng)度等級(jí)。以超聲速火焰噴涂為例，其所產(chǎn)生的高溫可能導(dǎo)致葉片變形，并且噴涂的防水蝕效果與孔隙率、氧化物含量以及涂層成分均有關(guān)系，效果尚有待驗(yàn)證。另外，對(duì)葉片底部出汽邊的高離心應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行防水蝕處理，將犧牲葉片強(qiáng)度水平，一旦防水蝕失敗，則有加速葉片斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

本文介紹了汽輪機(jī)切除低壓缸運(yùn)行的潛在風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)介紹了針對(duì)這些潛在風(fēng)險(xiǎn)可以采取的解決方案，得出如下結(jié)論：低壓缸切除及靈活運(yùn)行存在葉片顫振、動(dòng)靜碰磨、葉片鼓風(fēng)發(fā)熱和葉片水蝕四個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于葉片顫振問(wèn)題，可通過(guò)理論推測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域，使機(jī)組在運(yùn)行中避開(kāi)該區(qū)域，也可以通過(guò)葉片動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)工況，使機(jī)組在運(yùn)行中避開(kāi)該工況，還可以通過(guò)葉片振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并避開(kāi)等方式予以防范，其中葉片振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；動(dòng)靜間隙可通過(guò)電渦流傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，原理與葉片振動(dòng)在線監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量振動(dòng)相同；通過(guò)背壓的控制能夠避免低壓末級(jí)葉片進(jìn)入鼓風(fēng)狀態(tài)，避免噴水造成的末級(jí)葉片出汽邊根部水蝕，實(shí)現(xiàn)靈活性切除低壓缸；通過(guò)控制中排抽汽壓力能夠在保證中壓缸葉片安全的前提下使低壓缸進(jìn)汽溫度達(dá)到最低，降低低壓缸切除難度；通過(guò)精確控制噴水量，使排汽具有一定的過(guò)熱度，能夠降低水蝕對(duì)葉片的傷害。