汽轮机发电机叶片水蚀分析

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1、莱钢科技第4期(总第154期)汽轮机发电机叶片水蚀分析曹西忠，曹志军，甄金(能源动力厂)摘要：主要从汽轮机的基本工作原理和末级叶片水冲蚀的形成机理着手，详细阐述造成汽轮机末级叶片水蚀的原因，制定防止末级叶片水蚀的措施。关键词：汽轮机水冲蚀措施在汽轮机中，蒸汽以很高的速度从喷嘴中流出，0前言冲击在叶轮的工作叶片上，使叶轮转动。如图1所汽轮机叶片是汽轮机最重要的零件之一，对机示，蒸汽以速度C1流向一圆弧形动叶片，汽流进入组的安全可靠性和经济性均有重大影响。末级叶片该叶片后，沿内弧所构成的汽道逐渐改变流动方向，在极苛刻的条件下运行，承受高温、高压、离心力、蒸最后以速度C2流

2、出汽道，C2的方向恰与C1相反。汽作用力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水蒸汽的每一微团沿动叶片内弧流动时，都受到向心滴冲蚀的共同作用。实际运行发现，末级叶片经常力的作用，根据牛顿第三定律，此时动叶片承受蒸汽出现水蚀，不仅使汽轮机做功能力和效率下降，而且微团作用给它的大小相等、方向相反的离心力。假随着水蚀损伤的恶化极有可能造成汽轮机的叶片事如作用在位置1、2⋯⋯6上的离心力分别为Fl、F2故。研究汽轮机末级长叶片的水冲蚀形成机理，可⋯⋯F。在点1处的离心力F，可分解为轴向力F，有效的解决机组在偏离原设计工况(低负荷工况)和周向力F，在6点处的离心力F可分解为轴向下

3、运行的经济性与安全可靠性。通过分析有关运行力F和周向力F西。轴向力F。和F击恰好抵消，同日志、设备技术参数等资料，找出能源动力厂3汽样点2与点5、点3与点4的轴向力也抵消。因此，轮发电机末两级叶片水冲蚀的原因，制定防止末级蒸汽微团的离心力在轴向上的分力之和等于零，而叶片水蚀的措施。周向力之和为F=FI+Fl2⋯⋯+F，在该力的作用下叶片向右运动，因此蒸汽对动叶片做了机械功。1设备规范力F称为冲动力，这就是汽轮机的冲动作用原理，1)能源动力厂3汽轮发电机为南京汽轮机厂即汽流在动叶汽道内不膨胀加速，只改变流动方向。制造的C25—3．43／0．981—11型汽轮机为中压、单

4、缸、单抽、冲动凝汽式汽轮机，通过刚性联轴器直接带动发电机。工业抽汽用两根钢管从工业抽汽室引出，抽汽压力的高低可以通过调整旋转隔板来实现，工业抽汽压力调整范围0．785～1．275MPa。2)运行参数：额定出力：25MW；主汽门前蒸汽压力：3．43-I-0．3MPa；主汽门前蒸汽温度：435土10；排汽压力：正常参数时额定工况为一0．095MPa。2汽轮机的基本工作原理图1蒸汽对动叶片的作用力2．1力的冲动作用原理2．2力的反动作用原理在实际汽轮机中，动叶片并不是圆弧形，从喷作者简介：曹西忠(1970一)，男，1992年毕业于山东工业大学电厂热能动力工程专业。高级工程师

5、，主要从事技术管理工作。嘴流出来的汽流方向也不是与叶轮运动方向平行莱钢科技2011年8月的，而是有一夹角。如图2所示，蒸汽在喷嘴内膨撕碎，成为直径数十到数百ILm的大水滴，以不同方胀达到较高的速度C1，这种高速汽流进入动叶片式撞击动叶的前缘。正是这部份大水滴，尽管只占以后，对动叶片作用有冲动力F．m，同时压力由P。全部湿分的10％以下，却是水蚀的主要因素。降至P，蒸汽继续膨胀加速，故对动叶片亦作用3．2．2大水滴与叶片的相互作用有反动力F。冲动力F；与反动力F的合力为F，1)在静叶出口的一股主流，有各种尺度的水滴在此力的作用下使叶片向左运动。因此，反动式汽(最大直径可

6、达300m)，以一定的负攻角撞击动轮机既利用了冲动作用原理，又利用了反动作用原叶的进汽背弧。尺寸大的流速较低，负攻角较大，撞理。击点较近前缘；尺寸小的流速较高，负攻角较小，撞击点较远，冲蚀力也较小。2)在动、静叶间隙中的一股大水滴，以接近于圆周速度撞击动叶前缘，造成迅速蚀坏。3)由动叶回弹到静叶面上的小股水滴，会使静叶出汽背弧的某些部位也受到轻微水蚀。F3．3末级长叶片水冲蚀的危害末级长叶片水冲蚀所造成的后果不仅使叶栅的气动性能恶化、级效率降低，更严重的是对汽轮机的图2蒸汽对反动式汽轮机叶片的作用安全运行造成威胁。水冲蚀形成的锯齿状毛刺造成应力集中和叶型根部截面的面积

7、减小，还会影响到3末级叶片水冲蚀的产生机理叶片的振动特性，大大地削弱叶片的强度，增加了末汽轮机末级叶片的水蚀主要表现为出汽边水蚀级叶片断裂的危险性。和进汽边水蚀，其形成的机理及危害详细分析如下。43汽轮机末级叶片冲蚀的原因3．1末级叶片出汽边水蚀产生机理汽轮机在低负荷运行时，末几级的工况变化最2011年2月2313，检查老区325MW汽轮发大。对汽轮机末级叶片各种负荷完全平衡计算结果电机转子发现：末级叶片进汽边沿顶部向叶根方向表明：当负荷低于6o％时，根部出现负反动度，当负约300mm长度的蜂窝状锯齿形的冲蚀痕迹(图3)，荷降低至40％时，根部反动度