田灣核電站汽輪機(jī)圍帶間隙超標(biāo)問(wèn)題的分析處理

薛彥春，胡冬清

（中核集團(tuán)江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

1 設(shè)備概述

田灣核電站2臺(tái)K-1000-60/3000型汽輪機(jī)組由俄羅斯列寧格勒金屬?gòu)S生產(chǎn)制造。汽輪機(jī)總長(zhǎng)51.8 m，總重2 070 t，額定轉(zhuǎn)速n=3 000 r/min。汽輪機(jī)型式為：?jiǎn)屋S、五缸（2個(gè)低壓缸+1個(gè)高壓缸+2個(gè)低壓缸）、八排汽、中間去濕再熱、冷凝式機(jī)組。汽輪機(jī)各缸由10級(jí)（2×5級(jí)）組成。汽輪機(jī)每個(gè)轉(zhuǎn)子由位于聯(lián)軸器兩側(cè)的2個(gè)橢圓形滑動(dòng)軸承支撐，高壓缸前軸承為徑向-推力軸承。獨(dú)立落地式軸承座，汽輪機(jī)基礎(chǔ)平臺(tái)由98組彈簧隔振器支撐。

低壓缸為5級(jí)雙列（2×5級(jí)）對(duì)稱布置，其中前4級(jí)在內(nèi)缸中，第5級(jí)（末級(jí)）在外缸中，轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片為鑄造。第5級(jí)動(dòng)葉片材質(zhì)為BT6合金、葉片長(zhǎng)1 200 mm，縱樹型葉根，動(dòng)葉有2道拉筋，起阻尼和減振作用，共92個(gè)葉片，葉頂為自帶冠結(jié)構(gòu)（自帶圍帶）。末級(jí)動(dòng)葉片圍帶結(jié)構(gòu)形式：自帶圍帶，圍帶頭部成圓弧V型狀，接頭間相互鍥合，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中圍帶工作面間相互貼緊無(wú)間隙。

2 缺陷原因分析

1號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，共經(jīng)歷了4次大修。在2010年3月份大修期間，檢查3號(hào)與2號(hào)低壓缸轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片圍帶間隙，發(fā)現(xiàn)部分葉片的圍帶間隙超標(biāo)，其中2號(hào)低壓缸圍帶工作面最大間隙達(dá)2.1 mm（如圖1所示），3號(hào)低壓缸圍帶工作面間隙最大達(dá)1.9 mm，而設(shè)計(jì)要求：工作面間隙為0 mm，非工作面間隙小于0.60 mm，如圖2所示。隨后檢查1號(hào)與4號(hào)低壓缸轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片圍帶間隙，發(fā)現(xiàn)葉片的圍帶間隙同樣存在超標(biāo)問(wèn)題。圍帶工作面存在嚴(yán)重磨損的臺(tái)階，而間隙未超標(biāo)的圍帶頭部完整無(wú)磨損。

圖1 低壓缸轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片圍帶間隙超標(biāo)情況

圖2 圍帶間隙要求

圍帶間隙超標(biāo)會(huì)給汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)如下重大風(fēng)險(xiǎn)：

（1）加劇葉片圍帶的磨損，大大縮短葉片的使用壽命。

（2）增加汽輪機(jī)的振動(dòng)。

（3）葉片承受載荷不均，使得承載較大的葉片易發(fā)生金屬疲勞。

低壓缸轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片材質(zhì)為俄羅斯生產(chǎn)的BT6（Ti-6Al-4V）鈦合金，具有以下主要化學(xué)物理性能：

（1）比強(qiáng)度高——鈦合金的密度僅為鋼的60%，但比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）遠(yuǎn)大于鋼。

（2）熱強(qiáng)度高——鈦合金可在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作。

（3）抗蝕性好——鈦合金抗點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、氯化物及氯的有機(jī)物腐蝕能力強(qiáng)。

鈦合金有良好的化學(xué)物理性能，抗蝕性、熱強(qiáng)度和比強(qiáng)度較高，所以圍帶間隙超標(biāo)的原因可以排除是由于葉片圍帶的腐蝕或熱變形引起的。

根據(jù)葉片的結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)場(chǎng)情況分析認(rèn)為，圍帶間隙超標(biāo)主要原因?yàn)槿~片裝配后，圍帶工作面存在間隙，在機(jī)組運(yùn)行期間葉片要承受極大的扭曲載荷，導(dǎo)致沒(méi)有貼緊的圍帶相互磨損，而且汽輪機(jī)軸系的振動(dòng)進(jìn)一步加劇了圍帶間的磨損。

3 處理措施

根據(jù)烏克蘭羅文斯基核電站處理類似汽輪機(jī)圍帶間隙超標(biāo)問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，依據(jù)圖紙要求（圍帶工作面間隙為0 mm），采取了如下處理措施：通過(guò)在圍帶接頭縫隙處焊接L型圓弧金屬插片（長(zhǎng)17 mm、厚2 mm）消除圍帶間隙，如圖3所示；當(dāng)相鄰兩個(gè)葉片之間的圍帶工作面間隙之和大于1.60 mm時(shí)，對(duì)其中一個(gè)間隙較大的葉片進(jìn)行以上處理。

圖3 圍帶間隙處焊接L型圓弧金屬插片

在2010年3月份大修期間，處理了1號(hào)機(jī)組的2號(hào)低壓缸22個(gè)葉片、3號(hào)低壓缸19個(gè)葉片；在2011年3月份大修期間，處理了1號(hào)機(jī)組的1號(hào)低壓缸30個(gè)葉片、4號(hào)低壓缸10個(gè)葉片。具體實(shí)施步驟如下：

（1）制作L型圓弧金屬插片。金屬插片采用與葉片材質(zhì)形同的BT6鈦合金材料，先將鈦合金鋼棒加工成環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)的底部厚度為2 mm、環(huán)的底口內(nèi)徑比頂口內(nèi)徑小10 mm，然后沿圓環(huán)的直徑方向?qū)A環(huán)分成六等分并剪切開(kāi)。

（2）采用專用工具將葉片圍帶間隙撐開(kāi)至3 mm左右。專用工具包括：2個(gè)帶槽托板、2根M16mm×150 mm螺栓，其中一個(gè)托板背面底端焊有2個(gè)M16mm的螺母，另一個(gè)托板背面頂端焊有1塊200 mm×20 mm×5 mm頂板。把托板勾在兩個(gè)相鄰葉片上，利用螺栓的頂絲作用將葉片撐開(kāi)。

（3）使用什錦銼對(duì)圍帶接頭處的磨損部位進(jìn)行修復(fù)。將磨損的溝痕磨平，露出正常的金屬光澤，必要時(shí)可用氣動(dòng)直磨機(jī)，用柄徑6 mm的尖錐或尖弧鋼磨頭。

（4）對(duì)圍帶間隙處配制L型圓弧金屬插片。使用氣動(dòng)直磨機(jī)和平板銼刀，把插片的圓弧段打磨至與圍帶頭部吻合。

表1 處理后的汽輪機(jī)振動(dòng)參數(shù)

（5）金屬插片焊接前的準(zhǔn)備。用酒精將插片、圍帶清洗干凈，用壓縮空氣吹干；將插片安裝到打磨好的圍帶接頭部位，插片L的短邊與圍帶背面貼緊。

（6）金屬插片的焊接。從圍帶的背面焊接，將金屬插片L的短邊與圍帶焊接，使插片與圍帶接頭的凸頭部位焊接成一體。參照SD339-89《鈦材管板焊接技術(shù)規(guī)程》要求：采用手工鎢極氬弧焊接方法；焊接接頭的裝配型式為平行接頭；焊接工藝須進(jìn)行評(píng)定。

4 處理效果

1號(hào)機(jī)組經(jīng)過(guò)4次大修后，4個(gè)低壓缸的轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片圍帶間隙超標(biāo)問(wèn)題已全部處理完成。在2011年大修期間，又對(duì)1號(hào)機(jī)組2010年已焊接處理過(guò)的葉片進(jìn)行了檢查，現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果表明：焊縫完好，焊接插片未發(fā)現(xiàn)有磨損現(xiàn)象。

目前1號(hào)汽輪機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)良好，振動(dòng)參數(shù)都在標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)，軸振最大值0.114 mm（標(biāo)準(zhǔn)要求不超過(guò)0.160 mm）；瓦振最大值2.48 mm/s，（標(biāo)準(zhǔn)要求不超過(guò)4.5 mm/s），如表1所示。

綜上所述，田灣核電站汽輪機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子圍帶間隙超標(biāo)問(wèn)題處理取得了良好的效果，為了確保田灣核電站汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還進(jìn)行以下后續(xù)工作：

（1）修改《汽輪機(jī)低壓缸和低壓轉(zhuǎn)子維修大綱》，大綱中增加：對(duì)低壓缸轉(zhuǎn)子葉片圍帶間隙及焊接插片的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

（2）升級(jí)《汽輪機(jī)低壓缸維修程序》，程序中增加：對(duì)低壓缸轉(zhuǎn)子葉片圍帶間隙及焊接插片的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

（3）檢修時(shí)嚴(yán)格檢查低壓缸動(dòng)葉片狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)圍帶接頭磨損嚴(yán)重時(shí)，更換葉片（已采購(gòu)整套末級(jí)葉片作為備件）。

[1]張絲雨.最新金屬材料牌號(hào)、性能、用途及中外牌號(hào)對(duì)照速用速查實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)科技文化出版社，2005.

[2]郭延秋.大型火電機(jī)組檢修實(shí)用技術(shù)叢書——汽輪機(jī)分冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[3]中華人民共和國(guó)能源部.SD339-89鈦材管板焊接技術(shù)規(guī)程[S].1989.