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关于汽轮机转子裂纹产生的原因分析和运行时的

来源:admin ??发布时间:2018-07-26 03:41


关于汽轮机转子裂纹产生的原因分析和运行时的

 
   1裂纹情况
  南部电网某厂#2机为上海产单缸冲动凝汽式汽轮机,1972年6月投产,容量50MW,型号为N5090,运行至1986年,更换了汽轮机转子。2003年10月,在该机组大修的过程中,汽轮机转子调速级及汽封处发现裂纹.
  2原因分析(Analyse)
  该缺陷严重了影响机组的安全运行,排除(Remove)制造因素,转子(rotor)出现裂纹主要是由于交变热应力引起的金属疲劳损伤超出了材料的屈服极限而造成的,原因分析如下。超低频高压发生器可分为交流耐压试验和直流耐压试验,交流耐压试验又可分为工频、变频和0.1Hz超低频测试技术,其中0.1Hz超低频技术是最新技术,是当前国际电工委员会推荐的技术。
  a.冷机的邻机启动对转子(rotor)的损坏程度尤其大,在用额定参数的蒸汽冲车时,蒸汽会在金属表面进行剧烈的凝结放热,使汽缸和转子外表温度急剧上升,尤其是转子加热面积大,升温更快,转子表面所受的热压应力就更大,当热压应力超过金属材料的屈服(弯曲起伏)极限后,就会在该处产生局部塑性变形。随着转子的不断加热,其承受的热应力减小,但塑性变形不会随着转子热应力的减小而自行恢复,它在周围弹性区的影响下会出现残余拉伸应力,在高温条件下,该残余应力随时间增加而减小,即金属松弛现象,尤其在轴径最大的前汽封和调节级处,这种金属变形现象更明显。若邻机启动次数增加,其损坏程度更加严重,这样转子表面很快就会产生疲劳裂纹。
  b.机组超速试验使转子(rotor)裂纹加剧。在做超速试验过程(guò chéng)中,转子离心力加大,停下来后产生泊桑效应,每多做一次超速试验对机组转子的危害就会加大一次。
    c.随着电力行业的不断发展,该厂在20世纪90年代初成为南部电网的主要调峰厂之一,机组启/停次数增加,造成低周热疲劳率增加,机组在多次交变应力作用下,引起金属材料内部微观缺陷的发展,从而造成金属热疲劳,引发金属裂纹。
  d.机组启动过程中暖机时间短,热应力大。该机组启动时存在负差胀过大的缺陷,为控制差胀,保证机组的正常顺利启动,从冲车到机组接带初始负荷的时间比较短,蒸汽流量快速增大,加剧金属温升,造成汽轮机转子(rotor)尤其是高调门部位和高压侧轴封处热应力较大;另外,根据调度的预计负荷安排,从并网到带满负荷,暖机时间明显不足,这些都会加大转子的热应力。
  e.机组消缺时,需将汽缸温度(temperature)降到很低,强制冷却(cooling)汽轮机,使汽轮机带很少的负荷,到汽轮机的最后几级,甚至变成了鼓风机,因机组鼓风损失(loss)产生的热量带不走,温度很高,而蒸汽处于低温、低压状态,使机组产生很大的热变形,也会使转子产生裂纹。
  f.在1999年10月大修前,该机一直存在着机组振动大的缺陷,大修检查发现转子第17级断裂(fracture)5片,第19级断裂3片,掉叶片会引起转子运行失去平衡,长期运行造成金属疲劳损伤,引发转子裂纹。
  g.在机组找振动加平衡块过程中,机组转子处于静止状态,机组需要保持真空,仍然需要送汽封,这时对汽轮机转子影响是最严重的。处于静止状态的转子局部(part)受热,膨胀不均匀(jūn yún),产生较大的热应力和热变形,也会使转子产生裂纹
   h.该厂汽轮机高压轴封的五档泄汽泄到二段抽汽,来加热#5高加,而在机组并网后到投入高加的时间里,五档泄汽只能沿着大轴到四档泄汽,然后通过四档泄汽泄入#3低加。在此过程中,五档泄汽的温度比四档泄汽的温度高得多,使转子高压轴封处产生热冲击,造成热疲劳,加速转子裂纹的产生。
 4防止措施(指针对问题的解决办法)
 为了防止转子发生断裂,在运行上采取了以下措施(指针对问题的解决办法):
 a.发现转子有裂纹的机组一般不参与启/停式调峰,以减少启/停次数,减少对机组的热冲击。
 b.机组在启动时,要减慢启动速度,延长启动时间;冲车前要严格控制(control)汽温、汽压参数(parameter),主汽温度(temperature)必须比调节级室金属最高温度高50~100℃,并且过热度不低于80℃。在冲车时,适当延长冲车时间,机组带负荷速度减慢。
 c.在机组启动之前要按规定(guī dìng)检查各个疏水门的状态,防止上、下缸温差大。
 d.汽封疏水管要充分疏水,汽封汽源要与汽缸温度匹配,汽缸温度低于150℃时,使用汽平衡来汽作汽封汽源;汽缸温度高于150℃时,使用三段抽汽作汽封汽源。
 e.停机后要严密监视汽缸温度,防止冷水、冷汽进入汽缸。
 f.加强运行参数的监视,保证蒸汽参数在正常范围(fàn wéi)。当蒸汽参数偏离允许范围时,要及时联系、调整,防止超温、超压。
 g.机组冷态启动时不得使用邻机汽源启动。直流发生器最新研究、设计、制造的新科技产品,适用于电力部门、厂矿企业动力部门、科研单位、铁路、化工、发电厂等对氧化锌避雷器、磁吹避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验,是新世纪最理想的换代产品。直流高压发生器采用了九十年代新技术、新材料和新器件,具有输出功率大、体积小、重量轻的特点,有可靠的过压、过流及零位合闸保护功能,带0.75倍电压锁存功能,并配有时间继电器,能在试验中设置定时声讯报警。
 h.连续(Continuity)盘车中,若因设备(shèbèi)检修要求需停止连续盘车时必须经上级部门批准,尽量最大化减少停止连续盘车的时间。
  5处理方案
  通过载荷工况分析,原结构复合应力最大的位置为端部弹性凹槽、叶轮过渡角等转子(rotor)截面存在突变处。经上海汽轮机有限企业对该转子进行强度计算后,初步确定2种切削方案(fāng àn),见表1,为转子车削加工提供必要的理论依据。
  计算表明,圆角半径不变时,随着车削深度的增加,最大应力也随之增加;而随着圆角半径的增加,最大应力随之减小。经比较最终选择了方案(fāng àn)1。经上海汽轮机有限企业车削后提出以下建议:
  a.最大化减少不必要的启/停次数。
  b.减缓启动速率,降低(reduce)启动中温度(temperature)的变化率。
  c.尽量采用滑参数启动方式。
  d.避免参与启/停调峰
   
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