汽輪機(jī)高壓缸噴嘴組損壞原因分析及應(yīng)對(duì)措施研究

張志陽(yáng)　陳洪利　孝延軍　劉洪亮

摘 要：本文介紹北重330MW汽輪機(jī)高壓缸噴嘴組損壞的原因及應(yīng)對(duì)措施，對(duì)可能產(chǎn)生高壓缸噴嘴組損壞得問(wèn)原因進(jìn)行了分析，詳細(xì)介紹了針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況高壓缸噴嘴組損壞后的處理方案、處理過(guò)程和處理效果，對(duì)同類型機(jī)組的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試具有一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：330MW；汽輪機(jī)；噴嘴組；受力分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.145

1 概述

北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的N330—17.75/540/540型汽輪機(jī)為亞臨界、一次中間再熱、單軸三缸雙排汽、沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)本體為三缸雙排汽，單軸布置的沖動(dòng)、凝汽式機(jī)組。采用噴嘴配汽方式。轉(zhuǎn)動(dòng)方向從汽機(jī)向發(fā)電機(jī)看為逆時(shí)針?lè)较?。高溫高壓蒸汽穿過(guò)固定噴嘴成為加速的氣流后噴射到葉片上，使裝有葉片排的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)外作功。2018年07月，汽輪機(jī)高壓缸噴嘴組解體發(fā)現(xiàn)噴嘴組損壞，在高壓內(nèi)缸上下部掛耳處存在明顯切壓痕跡如圖1，爐側(cè)下噴嘴組掛耳處下部磨損約0.5mm，電側(cè)下噴嘴組掛耳處上部磨損約1mm。表明高壓缸噴嘴組損壞。

2 解體檢查情況

在汽輪機(jī)高壓缸解體后檢查測(cè)量發(fā)現(xiàn)具體情況如下：

（1）高壓缸噴嘴組爐側(cè)汽封塊磨損如圖2：汽封齒磨損，汽封塊背弧磨損。（2）高吊出高壓轉(zhuǎn)子發(fā)現(xiàn)，汽封環(huán)，水平中分面與垂直中分面，汽封塊同汽封塊接觸端面汽蝕嚴(yán)重如圖2。（3）檢查汽封塊退讓，發(fā)現(xiàn)退讓不合格，拆除汽封塊彈簧，發(fā)現(xiàn)汽封塊彈簧失效，將失效彈簧與新彈簧對(duì)比如圖3，彈簧相差將近8mm，將失效彈簧與高壓其它級(jí)舊彈簧相比，發(fā)現(xiàn)高壓其它級(jí)彈簧存在3-7mm偏差不等，均為失效彈簧如圖3。

3 高壓缸噴嘴組損壞分析

汽輪機(jī)噴嘴是一個(gè)截面形狀特殊且不斷變化的通道。蒸汽進(jìn)入噴嘴后發(fā)生膨脹、消耗了蒸汽的壓力能，即消耗了蒸汽的熱能，蒸汽的壓力及溫度都下降了，而蒸汽的流速卻增加了，獲得了高速氣流。噴嘴的作用就是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。因此汽輪機(jī)噴嘴組要求具有足夠的剛度和強(qiáng)度，能夠承受壓差力、熱應(yīng)力，且不會(huì)變成錐形，同時(shí)有合理的支承和定位，并且便于加工和安裝。因此本機(jī)組采用掛耳與下缸立鍵固定的方式固定噴嘴體，采用汽封環(huán)與汽封彈簧的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行補(bǔ)償間隙，減少蒸汽損失。

（1）材質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致噴嘴組損壞。通過(guò)汽輪機(jī)噴嘴組損壞現(xiàn)象判斷，在汽輪機(jī)噴嘴掛耳處產(chǎn)生明顯切壓痕跡，導(dǎo)致噴嘴組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變形，但通過(guò)對(duì)比汽缸材質(zhì)與進(jìn)行金屬檢測(cè)表明材質(zhì)均為2Cr11NiMoVNbNB系列。（2）彈簧失效導(dǎo)致噴嘴組損壞。通過(guò)汽輪機(jī)噴嘴組汽封環(huán)損壞現(xiàn)象判斷，彈簧失效，下部汽封環(huán)汽封塊之間產(chǎn)生間隙，高溫高壓蒸汽從間隙中漏泄產(chǎn)生汽封塊端面沖刷如圖2最終導(dǎo)致汽封塊沖刷汽蝕，但左右汽封間隙及汽封齒不會(huì)產(chǎn)生磨損。（3）掛耳接觸面積小導(dǎo)致噴嘴組損壞。根據(jù)噴嘴受力表明，噴嘴組在運(yùn)行中承受順時(shí)針旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。表明噴嘴組承受蒸汽力，噴嘴組運(yùn)行中時(shí)刻需要克服蒸汽力進(jìn)行做功，蒸汽力最終反應(yīng)在噴嘴組兩側(cè)掛耳處，因此，根據(jù)p=F/s，掛耳的接觸面積與承受的力成正比，機(jī)組運(yùn)行中掛耳受力面積越小，噴嘴組所承受的壓力就越大，產(chǎn)生的切壓力越大。

分析結(jié)論：

汽輪機(jī)高壓缸噴嘴組損壞為兩方面原因：原因一，汽封彈簧失效導(dǎo)致汽封塊端面產(chǎn)生沖刷，最終損壞；原因二，噴嘴組掛耳受力面積過(guò)小導(dǎo)致未能克服蒸汽力產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，造成噴嘴組掛耳處損壞及左右汽封塊磨損。

4 處理方案

根據(jù)噴嘴組損壞的原因，進(jìn)行處理如下：

（1）重新校核汽封彈簧材質(zhì)、彈性力、熱處理工藝，根據(jù)運(yùn)行工況，重新選用符合條件的汽封彈簧。（2）重新校正運(yùn)行工況下的蒸汽力與掛耳面積的壓比，根據(jù)壓比重新制作新掛耳進(jìn)行安裝，同時(shí)對(duì)氣缸、噴嘴組損壞處進(jìn)行修復(fù)。

5 處理后的運(yùn)行情況

為進(jìn)一步驗(yàn)證此次處理方案的實(shí)施效果，機(jī)組重新點(diǎn)火啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中，分別在50%、75%、100%工況下對(duì)汽輪機(jī)2瓦處振動(dòng)，瓦溫、氣缸溫度、缸內(nèi)聲音進(jìn)行監(jiān)視，未見異常現(xiàn)象，相同負(fù)荷下主汽流量明顯優(yōu)于修前值。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)北重330MW汽輪機(jī)高壓缸噴嘴組損壞的原因，要充分考慮蒸汽對(duì)高壓缸噴嘴組產(chǎn)生力或力矩，要嚴(yán)格按廠家設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，選用材質(zhì)、質(zhì)量合格的備品備件，確機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

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