大型汽轮机组末级动叶出汽边水蚀的研究与分析

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1、大型汽轮机组末级动叶出汽边水蚀的研究与分析摘要:大型机组的末级动叶除了进汽边有严重的水蚀外，出汽边也有不同程度的水蚀现象。这种现象在参加调峰的大型机组和热电联产的凝汽式机组的末级叶片上表现得更为突出。根据对电厂的调查情况，分析了大型机组末级动叶出汽边水蚀的原因，探讨了末级动叶出汽边水蚀与运行工况及级的几何参数的关系，最后提出了一些预防和减少大型机组末级动叶出汽边水蚀的措施。关键词:汽轮机;水蚀;调频;回流;非设计工况;动叶片0前言较大型的汽轮机组当运行一段时间以后，在末级动叶的出汽边都能观察到程度不同的水蚀现象，其甚者已导致了严重的叶片断裂事故，有些机组的末级动叶即使未发牛断裂，由于出汽边水

2、蚀较严重，在还未达到使用年限的情况下，也不得不全部被更换掉。随着电力工业的不断发展，我国各大电网电力负荷峰谷差逐年增大，各电网均需要增加大型机组的调频能力，这就迫使机组在非设计工况下运行，甚至是只带厂用电运行，因此，末级动叶的出汽边水蚀问题将会更突出地表现出来。末级动叶的出汽边水蚀问题直接影响末级动叶的安全性和经济性。为了弄清大型机组末级动叶的出汽边水蚀的原因和规律，最近进行了一些现场调查，对一些问题作了初步的分析和研究，并提出了预防和减少出汽边水蚀的措施。1现场调查与初步分析（1）某电厂运行的300MW机组，末级动叶的L=700mm，D/L=2.907，流型是按等密流设计的。机组的末级动叶

3、的出汽边均有水蚀。其中一台机最大负荷为272MW,装有喷雾式喷水减温装置。大修时发现末级动叶出汽边从根部到350mm左右的高度上有宽度为lOmm左右的蜂窝状水蚀，水蚀深度为lmm一2mm.(2)某电厂运行的200MW机组，末级动叶L=665mmD/L=3.0075,其流型接近于等密流。基本上是带满负荷运行，此机的喷水减温装置是管子钻孔的，该机末级动叶的出汽边也有水蚀，但程度不一，有的很严重，从距离叶根40mm左右向上直至叶高的2/3范困内有蜂窝状水蚀，水蚀宽度为lOmm左右，深度为lmm–2mm,但有的叶片出汽边水蚀现象却比较轻(3)某电厂运行的是125MW机组，末级动叶是30万末级动叶截短

4、，长670mm.基本上处于满负荷运行，而且常有超负荷现象，该机也采用管子钻孔的喷水减温装置。现场所见在末级动叶的出汽边从根部到叶高1/2的范困内均有水蚀，但严重程度不一样，重者宽度为8mm一lOmm,深度为lmm一2mm.该机的叶轮平衡块上也有严重的水蚀。1.1末级叶片出汽边水蚀的共性问题(1)凡是具有较小径高比的末级动叶片，在出汽边普遍有水蚀现象。水蚀的程度主要与低负荷运行的时间和偏离设计工况的程度有关。(2)大型机组的末级动叶，尤其是那些具有较长时间低负荷运行的机组，其出汽边水蚀的严重程度不亚于进汽边，且水蚀的伤痕较进汽边粗糙得多。(3)凡是末级动叶的出汽边与叶轮后侧面齐平的(如上汽厂枞

5、树型叶根)水蚀从动叶根部开始。凡是动叶出汽边较叶轮后侧而是深进去的(如叉型叶根)末级动叶的出汽边就从距根部40mm左右的高度上开始。（4)凡是叶片的安装产生轴向偏移的，即出汽边较同一级叶轮上其它叶片突出的，水蚀就严重。分析上边归纳的这些现象，可以看出产生末级动叶出汽边水蚀的原因是：当机组在低负荷运行时，动叶根部区域产生回流，回流夹带着水滴，撞击在动叶出汽边背弧上，导致材料的疲劳破坏。1.2回流中夹带水滴的来源回流中夹带的水滴来源于以下儿个方而:(1)回流从凝汽器中抽吸回来的水滴及回流本身具有的湿度(2)排汽缸及导流板中一些凸出部件上凝结的水膜，被汽流撞击而反溅回来的细小薄膜状水滴。(3)末级

6、叶轮侧面上的凝结水滴受离心力作用，而被抛向排汽通道。(4)从端部汽封中流出的湿蒸汽。(5)喷水减温装置投运时喷出的雾化水滴。由于以上这此因素，使回流中夹带着大量的大小不一的水滴。在末级动叶出汽边水蚀的位置，叶片一般都承受着最大的应力，水蚀发生后容易引起应力集。通过对这个部位的显微镜组织观察，发现了严重的晶向裂纹，这就削弱了叶片的强度，改变了叶片的振动特性，从而导致了叶片的严重事故。2动叶根部产生回流的原因2.1根部产牛脱流，进而发展成回流日前，我国人功率机组的末级叶片均是按等环量或等密流设计的，沿叶高方向有较人的反动度梯度，为了避兔顶部有过人的反动度，根部都设计成具有较小的反动度或负反动度。

7、“I,I机组在非设计}_况运行时，末级的烩降要发牛变化，流量减少时，由于级前滞II:II、力的降低，使末级的烩降减少。这样一来，喷嘴出口速度和动叶出口速度要降低，从而使通过级的时间要增加。但根据力学规律，动力学体系由不稳定状态向稳定状态过渡时，即如果外界作川使物体离开平衡状态，JJIS么在物体，}，就会激起一此过程，促使这个作川的影响被削弱。在研究的体系内，汽流通过级的时间的改变，要伴随有减少它改变的作川，,