汽轮机部件

关键词： 汽轮机 电厂 叶片 事故

汽轮机部件（精选三篇）

汽轮机部件 篇1

关键词：汽轮机,事故

1 汽轮机叶片事故分析

汽轮机叶片的损坏形式主要是疲劳断裂。由于叶片工作条件恶劣, 受力情况复杂, 断裂事故较常发生, 且后果又较严重, 所以对叶片断裂事故的分析研究一直受到特别重视。按照叶片断裂的性质, 可以分为短期超载疲劳损坏、长期疲劳损坏、高温疲劳损坏、应力疲劳损坏、腐蚀疲劳损坏、接触疲劳损坏等六钟。

1.1 长期超载疲劳损坏

这种损坏是指叶片受到外加较大应力或受到较大激振力, 而振动次数低于107次就发生断裂的机械疲劳损坏。如叶片受到水击而承受较大的应力, 或因转子不平引起振动及安装不良存在周期力等较大的低频激振力, 当这些力引起叶片共振时, 叶片会很快断裂。

叶片短期超载疲劳损坏的宏观特征为:断面粗糙, 疲劳前沿线 (即贝壳纹) 不明显, 断面上疲劳区面积小于最终静撕断区面积;经受水击而损坏的叶片的断面呈"人"字形纹络特征。

防止短期超载疲劳损坏的主要方法是:防止水击, 作好消除低频共振的调频及在正常周波下运行。

1.2 长期疲劳损坏

长期疲劳损坏是指叶片运行中承受低于疲劳强度极限而应力循环次数又远高于107次发生的一种机械疲劳损坏。

造成长期疲劳损坏的原因有:叶片或叶片组在高频激振力作用下引起的共振损坏;叶片表面缺陷处出现局部应力集中而发生的疲劳损坏;低频率运行、超负荷运行使某些级的叶片应力升高导致提早损坏等等。长期疲劳损坏在电厂叶片断裂事故中最为常见。

防止长期疲劳损坏的办法是:按规定避开高频激振力共振范围, 提高叶片加工质量和改善运行条件。如防止低周波、超负荷运行, 防止腐蚀和水击等。

1.3 高温疲劳损坏

高温疲劳损坏是指由蠕变和疲劳共同作用所形成的介于静应力产生的蠕变和动应力产生的疲劳之间的一种损坏形式。裂纹源部位呈蠕变现象, 断裂性质为持久断裂和疲劳断裂的组合, 而且往往伴随着材料组织的变化。

高温疲劳损坏裂纹基本上是穿晶的, 断口宏观貌有贝壳花纹, 断口微观貌有较厚的氧化皮。

高温疲劳损坏发生在高压缸前几级叶片、中间再热式汽轮机中压缸前几级叶片以及中压汽轮机的调速级叶片。

防止高温疲劳损坏的主要措施是:选用高温性能好的金属来制造处于高温下工作的叶片, 防止叶片共振, 防止叶片径向和轴向相摩擦等。

1.4 应力腐蚀损坏

产生应力腐蚀的主要原因是:首先, 金属晶界偏析, 析出碳化物, 出现贫铬区, 使晶界腐蚀;其次, 应力作用;然后, 高浓度盐的腐蚀。应力腐蚀主要发生在2Cr13钢制造的末级叶片上。其断口形貌呈颗粒状, 微观形态是沿界裂纹, 断面上有滑移台阶, 并有细小腐蚀坑。

防止叶片应力腐蚀损坏的只要措施是:改善汽水品质、提高叶片材质、降低叶片动应力等。

1.5 腐蚀疲劳损坏

腐蚀疲劳损坏是叶片在腐蚀介质中受交变应力作用而引起的疲劳损坏。如损坏是以机械疲劳为主, 则裂纹发展迅速, 裂纹为穿晶型;如损坏是以应力腐蚀为主, 则裂纹发展较慢, 裂纹主要是沿晶型。

防止腐蚀疲劳损坏的主要措施是:提高叶片材质耐腐蚀性;降低交变应力水平;改善汽水品质。

1.6 接触疲劳损坏

接触疲劳损坏是由于叶片根部松动, 叶根参加振动, 使叶根之间或叶片与叶轮机接触面产生往复微量相对摩擦运动而造成的一种机械损坏。

由于摩擦表面材料晶体滑移和硬化, 使硬化区内产生许多平行的显微裂纹, 并不断扩展, 从而引起疲劳断裂。

摩擦裂纹和摩擦硬化现象同时并存是接触疲劳损坏的主要基本特征。摩擦硬化和摩擦裂纹仅存于接触部位表面。

防止接触疲劳的主要措施是:改善叶片接触面的紧贴程度, 增加接触面积以防止接触点接触的应力集中, 消除或减弱调频叶片的振动力。

2 汽轮机转子金属事故分析

转子在运行过程中要承受扭距和自重引起的弯应力、温度梯度和温度变化的热应力、离心力、热套力、振动力和发电机短路力距, 其工作条件十分恶劣。

汽轮机转子的金属事故主要是叶轮、主轴 (转子) 的变形及开裂。

2.1 主轴 (转子) 的塑性变形

汽轮机出厂时的残余应力过大, 运输、安装不当以及运行中暖机不充分, 动静部分相摩擦, 水击和满水等原因, 都有可能导致大轴产生永久变形, 一旦出现这种情况决不能强行升速, 而应停机后直轴。

直轴方法:对小型碳钢转子可采用局部加热反变形校直;对大功率合金钢转子多采用“松弛法”。

2.2 转子的断裂

转子断裂将造成严重事故, 应引起十分重视。断裂的起因是出现裂纹。转子发现第一条宏观裂纹, 在大型汽轮机中往往作为汽轮机工作寿命结束的标志。转子产生裂纹的原因主要有以下几点:

2.2.1 在热交变应力 (低频热应力) 和蠕变联合作用下出现裂纹;

2.2.2 截面交界处过渡圆角偏小、存在刀痕

等原因会导致机械应力或热应力集中, 在交变应力作用下产生裂纹;

2.2.3 材质不良, 存在严重冶金缺陷而导致裂纹产生;

2.2.4 运行不当而引起损坏。

如启、停机, 变负荷等情况下, 温度变化率及温度变化量过大, 引起热应力过大等。

2.3 叶轮的开裂

叶轮开裂主要出现在低压级。由于叶轮直径大, 离心力大, 长期运行中键槽处由于应力集中容易出现裂纹, , 裂纹发展到一定深度会引起整个叶轮飞裂。叶轮开裂与下列因素有关:

2.3.1 键槽处加工质量差, 应力集中处往往易生成裂纹并发展;

2.3.2 叶轮材料性能差, 韧性及塑性低, 脆性大, 加速了裂纹扩展;

2.3.3 停机后维修保养不当, 或水腐蚀造成应力腐蚀。

防止叶轮开裂的措施:注意停机后的保养, 防止腐蚀;提高冶金及加工质量;加强探伤检查等。

3 汽缸的变形及裂纹

汽缸截面厚度变化大, 进汽端形状复杂, 特别是法兰处厚度非常大, 因此在运行过程中汽缸内外壁、法兰内外壁温差悬殊, 生成的热应力就非常大, 加之温度变化时又受到热交变应力作用, 同时, 汽缸内还承受蒸汽压力、静止部分的重力作用, 工作条件十分恶劣, 并且, 由于形状复杂、厚薄相差悬殊、尺寸大等原因, 不可避免存在铸造缺陷, 所以, 汽缸容易发生变形和开裂的金属事故。

3.1 造成汽缸变形的主要原因如下

3.1.1 运行中汽缸壁内外、法兰内外温差较大, 造成法兰结合面漏气;

汽缸上、下温差过大导致动静部分相摩擦或振动;

3.1.2 汽缸去应力退火不当, 或运行中满水、水击等, 都会引起变形;

3.1.3 汽缸在高温下工作, 各部分温度不同, 蠕变速度不一, 从而引起变形。

3.2 造成汽缸开裂的主要原因如下:

3.2.1 汽缸长期在高温下运行, 出现蠕变, 脆性增加;

3.2.2 冶金过程中铸件内部出现裂纹、白点、夹渣等, 是造成蠕变裂纹和热疲劳裂纹的根源;

3.2.3 热处理不当导致材料组织不均匀, 而使持久强度和持久塑性下降;

3.2.4 长期高温运行使汽缸材料组织发生变化;运行中的低频热应;力和蠕变的联合作用更易出现裂纹。

3.2.5 对于出现裂纹的汽缸可采用彻底挖除裂纹并进行补焊的方法加以消除。

参考文献

汽轮机部件 篇2

汽缸作为汽轮机的大型部件, 结构复杂, 一般制成水平对分式, 即分为上半汽缸和下半汽缸。在装配过程中, 汽缸具有重要的基准定位作用, 因此, 其尺寸精度、位置精度、表面质量等要求都比较高。

对于一些大型汽缸而言, 其形状十分复杂, 目前, 国内加工汽轮机汽缸的关键工序多使用数控铣床进行分半铣削加工, 该方法对机床加工精度要求很高, 若加工精度不足则合缸后会出现错牙现象, 严重影响后序的装配质量。因此, 如何通过合理的加工方案设计, 利用现有设备合格加工大型汽轮机缸体部件内部开档, 对于开发机床生产潜力及提高产品质量具有重要意义。

本文采用分半铣削的方法, 结合现有机床的硬件条件及加工精度, 通过合理的加工方案设计, 实现大型汽缸内部开档加工, 有效抑制了错牙现象。

1 零件结构及加工难点分析

某型汽缸结构如图1所示, 其轴向尺寸为5 000 mm以上, 基准面位于调端侧, 开档直径准2 500以上, 调端中心孔直径为准1 102 mm。该汽缸调端中心孔直径较内部开档直径相差744 mm, 无法采用合并上下半车削或镗削的方式加工, 因此, 只能采用上、下半分开铣削的方法, 但由于设备精度有限, 上、下半加工尺寸易出现偏差, 导致合缸后出现错牙现象。

2 加工方案设计

针对上述加工难点, 结合产品质量要求及现有设备精度, 制定如下加工方案。

2.1 加工前准备工作

1) 将上、下半汽缸吊上机床 (毛坯开档处, 加工余量为单边0.5 mm) , 中分面向上置于等高垫铁上。用记号笔在汽缸上、下半两侧做标记A和C。

2) 在机床主轴安装杠杆表, 要求杠杆表垂直固定;如图2所示, 各档在A、C处对汽封端面及各开档面距离基准面定位尺寸进行测量, 记录检查结果;测量各开档宽度尺寸, 并记录检查结果。

3) 合并汽缸上下半, 安装中分面定位销;把紧汽缸上、下半。检查记录中分面间隙。

4) 用三面刃铣刀铣准汽缸两侧端面及电调端汽封槽, 确认汽缸总长满足图纸要求。拆开汽缸上、下半。

2.2 下半汽缸加工方案

1) 以调端端面为基准对各开档槽定位面进行加工:用三面刃铣刀铣各开档定位面, 留0.1 mm余量时, 复测开档两端槽宽, 计算两端去除量是否一致;确认两侧去除量一致后, 将定位面铣准。

2) 根据图纸各开档槽宽度尺寸, 铣准各开档槽非定位面。

3) 在汽缸内部布置临时用操作走台, 备测错牙用。

4) 合并汽缸上下半, 把紧, 要求同前。

5) 操作人员进入汽缸内部, 进行中分面错牙值测量。测量使用专用测量推表装置, 对测量位置进行3次测量, 取平均值作为错牙值进行记录。错牙值确认后, 拆开汽缸上、下半。

2.3 上半汽缸加工方案

1) 将上半汽缸吊上机床, 中分面向上找正, 以上半定位面高点对刀, 以错牙值的一半作为去除量对上半定位面进行加工。

2) 合并汽缸上下半, 把紧, 要求同前。

3) 测量中分面开档的错牙值, 要求检测3次取平均值并记录, 检测结果返技术处理, 确定修正量。

4) 拆开汽缸上、下半, 将上半汽缸吊上机床, 校平、找正, 将汽缸压牢, 压牢后对校平、找正结果进行确认并记录;以上半定位面高点对刀, 再次以剩余错牙值的一半作为去除量对上半定位面进行加工。

5) 合并汽缸上下半, 把紧, 要求同前。

6) 测量上半中分面开档的错牙值, 要求检测3次取平均值, 并记录。

7) 拆开汽缸上、下半, 将上半汽缸吊上机床, 校平、找正, 将汽缸压牢, 压牢后对校平、找正结果进行确认并记录;

8) 将工步6) 所记录的错牙值返技术处理, 确定上半两次错牙修复过程中去除量趋势一致后, 方能进行后续加工。

9) 按计算后数据加工准各开档定位面。

10) 根据图纸各开档槽宽度尺寸铣准各开档槽非定位面。

11) 合并汽缸上下半, 把紧, 要求同前。检查内部开档修复后错牙值并记录。进行后续精加工内容。

3 结语

水轮机过流部件抗磨蚀的新技术探究 篇3

关键词：水轮机,磨蚀,成因,处理技术

0 引言

水力发电凭借其成本低、易取材、产量大等特点, 与火力发电一并成为发电生产的主要方式。水轮机组是水电站发电的核心设备, 负责将水能转换为动能, 最终转变为电能供应使用。由于电能产量指标的持续上升, 水电站机组工作面临着许多损耗性风险, 机组零部件磨损、腐蚀的发生次数增多, 应及时安排专业人员采用新技术进行处理, 全面保障机组日常运行的效率, 使发电站创造更多的经济收益。

1 水电站磨蚀的实况

我国水资源储备量大, 利用好水资源完成电力产出是行业科技的创新。最近10年来, 水力发电在电能供应方面的应用价值得以体现, 水能变换为电能创造了丰厚的经济收益。仅2010年, 我国水力发电总产量达6.7亿kW·h, 总收益超过28亿元, 相比2005—2009年平均增长了18.6%。面对日趋提升的行业收益, 水电站内部设备承受的损耗率也在扩大。其中, 水轮机组作为主要的能量转换设备 (图1) , 其内部零部件正面临着严重的磨蚀问题。一方面, 水电站零配件更换次数显著增多, 维修人员的工作量不断增加;另一方面, 水电站每年需支付较高的维修费用, 成本资金投入也在上涨。由此可见, 进行水轮机组零部件抗磨蚀处理是必不可少的。

2 水轮机过流部件受损的成因

水轮机组作为水力发电的主导设备, 在进行电力发电生产时易发生损坏现象, 特别是零部件磨蚀易造成不同的机电故障。综合分析, 导致水轮机组磨蚀故障的相关因素如下:

(1) 水质因素。水轮机在旋转作业过程中与水资源相互接触, 较长时间旋转后易产生不同程度的损耗, 尤其是金属零部件存在小范围的磨损。尽管水电站采用了新型水轮机部件执行旋转命令, 但由于水质问题往往会破损机配件的完整度。如水中含有较多的砂石、泥沙、杂物等, 与水轮机叶片接触而产生大摩擦力, 零部件损耗程度增大, 从而就会减弱机组配件的使用功能。

(2) 操作因素。水电站电能产出量不断增加, 水轮机械面临着更大的作业荷载, 随之过流部件故障的发生率也在增加。现场人员操作不当也是造成零配件磨蚀加大的关键因素, 如在机电一体化控制系统中, 操作人员编写的程序指令错误, 水轮机执行命令后就会存在拒动作、误动作等问题, 机组内部配件出现异常卡死、强行旋转等现象, 从而使设备操作失去了原有的控制流程。

(3) 受力因素。力学作用对水轮机组造成瞬间性的冲击, 极有可能使机组配件出现剧烈性的摩擦作用, 摩擦系数增大会带来更大范围的耗损。水轮机主要从事旋转作业流程, 机组在旋转时易产生强大的旋转动力。除了内旋转水动力外, 机组也承受了外部阻力的干扰。扭转曲线超出临界范围时便会有明显的磨损痕迹, 如水轮叶片边缘损耗偏大, 叶片失去了原来的机械结构特性等。

(4) 检修因素。按照行业标准规定, 水轮机组运行一段时间后要对其进行检修处理, 及时发现机组结构潜在的故障隐患, 对耗损过度的零配件实施更换处理。鉴于市场对电能需求量的大幅度提升, 水电站仅偏向于产出量指标的控制, 对发电机组性能检修没有给予足够的关注, 造成水轮部件失去原有的固定性。缺少检修制度作为辅助措施, 受损配件的磨损程度将持续增大。

3 水轮机过流部件抗磨蚀的新技术

水轮机是一种将水能转换为机械能的动力机械。在大多数情况下, 将这种机械能通过发电机转换为电能, 因此水轮机是为水能利用和发电服务的。社会用电需求量持续增加, 水电站承受的作业荷载越来越重, 水轮机内部零配件磨损、腐蚀等异常损坏也逐渐增加, 采取必要的抗磨蚀处理技术是不可缺少的。近年来, 我局与全国水轮机磨蚀试验研究中心合作、试验和应用推广了几种非金属抗磨蚀新技术, 其应用于水轮机中, 起到了良好的抗磨蚀效果。

(1) 综合检修技术。水轮机组在实际运行中要借助机电控制系统完成自动化操作, 而机电调控失误也是引起水轮机磨蚀的常见因素。解决水轮机部件磨蚀问题应注重检修技术的灵活应用。针对电气故障引起的损耗, 需设置过载保护是针对过电压、过电流进行的保护措施, 在短时间内快速地处理系统故障, 防止故障延迟造成更大的破坏。检修人员要重视水轮机组装置的荷载检修, 根据电压、电流等指标控制装置运行, 及时发现过载、过压等异常情况, 通过检修处理保障机组运转的效率, 防范部件磨蚀的发生。

(2) 复合尼龙粉末技术。社会经济快速发展使得人们对电能的需求量大幅度上升, 水电站日常作业生产面临的荷载更高, 发电机组设备承受的结构性损害问题更严重。复合尼龙粉末技术用表面活性剂刷涂转轮表面, 以加强金属与高分子材料的粘接力和界面防水性, 然后在烘箱内加温, 使温度达到200~220℃后保温30~60 min。取出后用净化的0.1~0.2 MPa的压缩空气, 通过专用喷枪, 将装在专用喷粉器内的复合粉末喷涂到转轮表面并熔融流平, 若一次喷涂厚度不足, 可多次喷涂, 最后在烘箱内保持180℃固化45~60 min取出, 完成全部工艺。

(3) 环氧树脂技术。环氧树脂具有优异的粘接力, 并且施工工艺简单, 可在常温下施工, 如图2所示。其加工工艺是:工件去油污后经喷沙除锈露出金属本体, 并形成一定的毛糙度。用表面活性剂刷涂需要涂复的工件表面, 以强化粘结界面的粘接力和防水性。然后将工件加热至50℃左右将环氧树脂及活性剂、固化剂按比例搅拌均匀, 呈乳棕色胶体状, 用刷子或刮板, 涂复在所需修复工件的表面上作为基层;再将余下的部分按1:5重量比例加入金刚砂, 充分拌合均匀成沙浆状, 用刮板或加热后的抹刀涂复到基层上, 并充分压平使表面光滑, 达到要求的厚度。

4 水轮机组日常管理的措施

水力发电是电力生产系统中比较常用的一种方式, 这主要是由于我国水资源储量大, 选用水资源作为发电原材料的成本消耗较低, 可实现水资源的持续性供应使用。考虑到水轮机面临的磨蚀问题, 除了采用新技术进行处理外, 更应该做好磨蚀的防治工作, 提前制定方案进行管理维护, 降低部件损坏的几率。如成立机组检修小组, 定期对水轮机各零部件实施检测, 发现异常情况及时更换新的配件;设计在线监测系统, 发现零件耗损后及时停机检修等。

5 结语

总之, 电能是社会经济发展的必备资源之一, 维持电力资源正常供应是保障生产的基本要求。科学技术的发展推动了电力产业营运模式的转变, 机电一体化是电能产出的先进方式, 显著提升了发电厂生产作业的效率。针对水轮机部件磨蚀问题, 水电站应制定切实可行的处理方案, 采用新技术处理并防止磨蚀现象的发生, 提高机组日常作业的运行效率。

参考文献

[1]顾四行.水轮机磨蚀成因探讨[J].大电机技术, 1992 (1)

[2]高家诚, 孙玉林.水轮机过流部件用材料的抗磨蚀技术措施[J].腐蚀与防护, 2004 (8)