蒸汽品质与汽轮机叶片事故

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1、蒸汽品质与汽轮机叶片事故摘要：介质腐蚀和通道状况的影响是汽轮机叶片动强度设计中主要考虑的因素。列举了几台汽轮机叶片因蒸汽品质不良，而引起叶片表面点腐蚀，导致叶片动强度不足的叶片事故。同时指出叶片表面结垢严重还会使叶片自振频率和振型发生改变，使叶片工作安全性降低。关键词：蒸汽品质；汽轮机；叶片；事故；发电厂　　随着我国汽轮机设计、加工等技术的发展，汽轮机叶片因共振而引发叶片断裂事故的比例逐渐下降，而其他因素(如蒸汽品质不良)，使汽轮机低压过渡区工作的叶片表面盐类沉淀，产生化学方面的点腐蚀，导致汽轮机叶片事故发生的比

2、例逐渐上升。　　蒸汽品质不良，引起汽轮机叶片表面结垢严重的话，不仅会使通道面积减小，叶片工作应力增加，叶片安全性降低；同时还会使叶片的自振频率和振型发生改变，导致叶片振动的复杂化，给叶片工作的安全性带来不利的影响。本文还例举几台因蒸汽品质不良而引发的汽轮机叶片事故。1蒸汽品质对汽轮机叶片动强度设计的影响　　根据国内汽轮机叶片设计中叶片振动强度安全性的依据式中，Ab为安全倍率；K1为介质腐蚀系数；K2为表面系数；Kd为尺寸系数；这些是对耐振强度的修正系数。K3为有效应力集中系数；K4为通道系数；K5为流场不均匀系数

3、；Kμ为成组影响系数。它们均与蒸汽品质关系密切，特别是K1介质腐蚀系数的影响更大。σ*a为材料的耐振强度；σ*sb为按振动方向计算的蒸汽弯应力。1.1介质腐蚀与汽轮机叶片动强度的关系　　根据国内的有关试验结果表明，在3%NaCl溶液中，150℃时的疲劳强度仅为空气中的43.2%，在15%MgCl2溶液中，150℃时的疲劳强度仅为空气中的41%，200℃时的疲劳强度仅为空气中的32.1%。根据国内的有关试验结果，在干湿反复交替的工作环境中，腐蚀溶液为3%NaCl，以107循环周次的疲劳强度为1.72MPa和大气中该

4、材料的疲劳极限相比较，则其下降达53%左右，若将3%NaCl溶液加温至80℃，以同样的室温将溶液间歇喷淋为试验条件，则材料的疲劳强度还要恶化，在弯应力16.7MPa时，循环次数只有0.1296×107(相当于7.5h左右)，材料就会发生疲劳断裂。上述的试验结果明确指出了蒸汽品质不良，对过渡区（蒸汽过热度不超过30℃、动叶前的蒸汽干度X1≥0.96的工作区域）工作的汽轮机叶片，其材料强度的影响很大。根据1980年电力部、机械部制定的《汽轮机调频叶片振动强度准则》中的规定，过热蒸汽区，叶片耐振强度同在空气中一样，取K

5、1=1.0；在湿蒸汽区域，这个区域的介质尚有一定的腐蚀性，取K1=0.8；在过渡区区域，锅炉水质正常的情况下，取过渡区工作的叶片耐振强度约降一半考虑，即取K1=0.5。国外不少国家对过渡区工作的叶片，其介质腐蚀因素对汽轮机叶片的强度影响的考虑比我国更为重视，取原材料强度的20%～40%。1.2通道状况与汽轮机叶片动强度的关系　　蒸汽在动、静叶片上结成盐垢，使通道面积减小，并导致蒸汽弯应力增加。根据《汽轮机调频叶片振动强度准则》中的规定，对于过热区和过渡区，取K4=1.1；湿蒸汽区，由于叶片表面上不会形成盐垢，取K

6、4=1.0；而对于蒸汽品质不良、结垢严重的叶片，K4可取1.3甚至更大，可见动、静叶片表面结盐垢的程度对汽轮机叶片动强度设计中的影响程度。2叶片表面结垢严重对叶片自振频率及振型的影响2.1叶片表面结垢严重对叶片自振频率的影响　　对于已投入运行的汽轮机叶片，自振频率已确定，若动叶片表面结垢严重，结垢位置不同，则对于叶片自振频率有一定的影响，特别是对在过热蒸汽区域工作的调频叶片尤显重要。根据等截面叶片的自振频率计算公式式中，f为等截面叶片自振频率；kl值相应于叶片完全确定的频率和振型；Fγl为叶片的质量，质量越大，频

7、率越低；I为叶片截面惯性矩，I越大，刚性越大，频率越高；l为叶片高度，l增高一方面使质量变大，另一方面使刚度变小，所以高度增加，频率会变低；E表示叶片材料的弹性模数；g表示重心加速度。　　从公式中可见叶片自振频率不但与叶片振型有关，还与下列因素有关。　　从上面最简单的等截面叶片自振频率计算公式可以看出：叶片结垢严重，且垢物若为结实的硅垢，虽然结垢物质密度小于基材，但由于结垢相当严重，且结垢位置不同，则对叶片自振频率产生影响。20世纪90年代初期，我们曾对某电厂国产300MW汽轮机低压第3级250mm叶片、第4级3

8、23mm叶片上做过切向A0静频的测试试验，由于该机叶片结垢相当严重，特别上述两级叶片在近型根背弧处结垢很厚，达2mm左右，叶片其他部位结垢厚度约1mm左右，在叶片喷砂前后抽测了部分相对应叶片切向A0静频率，其结果是喷砂前的频率比喷砂后的频率高1Hz以上（采用自振法李沙育图形测试，信号发生器频率分辨率为0.5Hz），特别是低压第3级叶片，运行数年后，由于蒸汽品质差，使叶根受