1000MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片損傷分析及處理

引言

某電廠1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組首次解體大修,拆下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子第一塊靜葉座(12點(diǎn)方向）以后,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子第二級動葉(5片）存在彎曲變形,第二級靜葉整圈根部有V字型豁口,拆除全部靜葉座后發(fā)現(xiàn)8點(diǎn)鐘方向安裝的8片靜葉根部損傷較嚴(yán)重。

拆下靜葉支座,勵側(cè)向汽側(cè)數(shù)第二級動葉5片變形(圖1）,變形方向為逆時針方向(從汽側(cè)看）:勵側(cè)向汽側(cè)數(shù)第二級靜葉(126片）根部整體受損,其中8片靜葉片受損較嚴(yán)重(圖2）,缺口最深處約12mm。

圖1勵側(cè)數(shù)第二級動葉5片變形

圖2勵側(cè)數(shù)第二級靜葉整圈根部受損

抽出轉(zhuǎn)子后檢查,定子膛內(nèi)清潔無損傷、未見異物遺留:轉(zhuǎn)子風(fēng)扇座發(fā)現(xiàn)少量金屬屑(經(jīng)光譜檢測為鋁屑,與靜葉材質(zhì)相符）。

測量變形動葉片移出動葉片整體邊緣尺寸最大約30mm(圖3）。

圖3動葉移出邊緣線尺寸測量

1檢查情況

1.1基本概況

該電廠發(fā)電機(jī)型號為QFSN-1000-2,額定功率1000MW,額定電壓27kV,額定電流23778A,額定勵磁電壓437V,額定勵磁電流5887A。

發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式,發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻氣體由汽端軸上的多級軸流風(fēng)扇進(jìn)行循環(huán)。風(fēng)扇與轉(zhuǎn)子本體出風(fēng)口排出氣體所產(chǎn)生的壓力一起作用于冷卻轉(zhuǎn)子繞組。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸流風(fēng)扇采用動靜扇葉結(jié)構(gòu)設(shè)計,由安裝于轉(zhuǎn)子風(fēng)扇座4級動葉片和安裝于大端蓋靜葉座的5級靜葉片組成。轉(zhuǎn)子動葉片材質(zhì)為鍛鋼21Cr12MoV,靜葉片材質(zhì)為鍛鋁2A50。

1.2解體前動靜葉間隙測量情況

靜葉座拆出前測量靜葉片與動葉風(fēng)扇座間隙最大

2.1mm、最小1.9mm,標(biāo)準(zhǔn)1.6～2.6mm,符合安裝手冊標(biāo)準(zhǔn)。

1.3基建安裝記錄

檢查基建期發(fā)電機(jī)風(fēng)扇間隙測量安裝記錄,動靜葉片間R值為(26+7）mm,標(biāo)準(zhǔn)為(32士2）mm,在調(diào)整汽輪機(jī)聯(lián)軸器間隙時需增加7mm余量,但在調(diào)整時未見相關(guān)記錄。

1.4機(jī)組運(yùn)行情況

該汽輪發(fā)電機(jī)于2＋19年7月22日開始啟動試運(yùn),調(diào)閱汽輪發(fā)電機(jī)0Cs振動歷史趨勢,2019年7月22日汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至3000r/mDi,#7、#8軸承振動出現(xiàn)正弦波波形趨勢,帶負(fù)荷后正弦波振動波形明顯,#8軸承振動值呈現(xiàn)增長趨勢,滿負(fù)荷時振動最高達(dá)125μm(報警值83μm,跳閘值13＋μm）。

1.5發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡調(diào)整情況

(1）2＋19年8月14日,在勵發(fā)聯(lián)軸器增加平衡塊后,#8軸承振動最大值從126μm變化為68n1＋5μm波動,#7軸承振動最大值從89μm變化為54～94μm波動。

(2）2＋19年1＋月6日,在汽發(fā)、勵發(fā)聯(lián)軸器增加平衡塊后,#8軸承振動在32～96μm范圍波動,#7軸承振動在52～101μm范圍波動,#3軸承振動在43～94μm范圍波動,#2軸承振動在48～105μm范圍波動。

(3）2020年1月16日,根據(jù)2019年10月6日在汽發(fā)、勵發(fā)聯(lián)軸器增加平衡塊后的運(yùn)行振動數(shù)據(jù),對勵發(fā)聯(lián)軸器平衡塊進(jìn)行了調(diào)整,調(diào)整后#8軸承振動在34～100μm范圍波動,#7軸承振動在38～92μm范圍波動,#3軸承振動在42～77μm范圍波動,#2軸承振動在45～86μm范圍波動。

2原因分析

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動、靜葉片碰擦損傷的可能原因分析如下。

2.1異物進(jìn)入造成葉片碰磨損傷

抽出轉(zhuǎn)子后檢查定子、轉(zhuǎn)子,除少量金屬碎屑外均未發(fā)現(xiàn)明顯異物,基本排除異物進(jìn)入導(dǎo)致葉片損傷因素。

2.2動、靜葉片間隙過小,運(yùn)行中碰磨損傷

因動、靜葉片間隙一致,運(yùn)行中如振動導(dǎo)致碰磨則會整圈葉片發(fā)生碰磨,故基本排除該原因。

動葉片運(yùn)行中與靜葉片座碰擦變形,在負(fù)荷上升轉(zhuǎn)子膨脹時發(fā)生動、靜葉片碰擦?，F(xiàn)場檢查第二級靜葉片座與動葉片相鄰位置無明顯碰磨刮擦痕跡,基本排除該原因。

2.3基建安裝時部分動葉片彎曲造成碰磨

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動、靜葉片碰擦先決條件:轉(zhuǎn)子動葉片與靜葉片間距在熱態(tài)運(yùn)行時超出說明書規(guī)定的裝配間隙R值范圍(32±2）mm。判斷轉(zhuǎn)子第二級5片動葉片在施工環(huán)節(jié)先行碰擦變形,轉(zhuǎn)子振動整體呈現(xiàn)不平衡的趨勢,隨負(fù)荷上升,轉(zhuǎn)子膨脹增加,先期變形的動葉與靜葉片碰擦導(dǎo)致靜葉整圈根部損傷。

注:動葉片變形最大偏移值達(dá)30mm,轉(zhuǎn)子膨脹量按4mm計算,兩者疊加處于動、靜葉片最大R值范圍,發(fā)生碰擦可能性極大。另外如原始R值為26mm,則運(yùn)行中動、靜葉片必然發(fā)生碰擦。

2.4分析結(jié)論

綜上,經(jīng)該電廠技術(shù)人員會同相關(guān)專家共同分析判斷,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動、靜葉片碰擦損傷的原因為:基建施工期轉(zhuǎn)子第二級部分動葉片先行碰擦變形,機(jī)組運(yùn)行后,隨著負(fù)荷上升,轉(zhuǎn)子膨脹增加,先期變形的動葉片與靜葉片碰擦導(dǎo)致靜葉整圈根部損傷。

3處理及防范措施

3.1處理措施

在發(fā)現(xiàn)該發(fā)電機(jī)動、靜葉片缺陷后,立即協(xié)調(diào)主機(jī)廠準(zhǔn)備葉片加工材料,制訂維修方案。

(1）將靜葉片含底座整體組裝后返回主機(jī)廠,根據(jù)實際尺寸加工合格的靜葉片,經(jīng)精修后探傷合格,整體返回安裝。

(2）加工動葉片5片,由主機(jī)廠技術(shù)人員到該電廠安裝動葉片,與其他完好動葉片配葉頂高度,要求與完好葉片葉頂最大高度偏差在-0.3～0mm。

(3）檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子其他部位無損傷,檢查定子各部無損傷,各項試驗均合格:對轉(zhuǎn)子、定子、冷卻器各部進(jìn)行全面的檢查、清掃。

3.2防范措施

(1）轉(zhuǎn)子動、靜葉片安裝后必須經(jīng)金相檢測合格。

(2）發(fā)電機(jī)穿轉(zhuǎn)子過程中嚴(yán)格執(zhí)行防護(hù)措施,防止動葉片在穿轉(zhuǎn)子過程中損傷。

(3）發(fā)電機(jī)靜葉片及支座復(fù)裝時必須嚴(yán)格按照出廠說明書安裝工序進(jìn)行,安裝時使用專用工具,防止因操作不當(dāng)造成動、靜葉片損傷。

(4）組織對靜葉座復(fù)裝過程中可能造成葉片損傷的工序進(jìn)行風(fēng)險點(diǎn)分析,制訂防范措施,并組織施工人員進(jìn)行學(xué)習(xí),落實好防范措施。

(5）發(fā)電機(jī)靜葉片及支座復(fù)裝過程中必須執(zhí)行好動、靜葉片軸向、徑向間隙的測量,測量過程中要有檢修單位、電廠各級檢修、驗收人員到場見證,過程要進(jìn)行錄像留證,防止安裝過程不可追溯。

(6）發(fā)電機(jī)損壞的動、靜葉片更換后會對整體的平衡造成影響,啟機(jī)前需組織主機(jī)廠、振動方面專家到場,針對啟機(jī)、沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)可能發(fā)生的振動影響進(jìn)行評估、調(diào)整,防止振動影響機(jī)組后續(xù)的安全運(yùn)行。

4結(jié)語

該電廠在發(fā)電機(jī)首次檢查性大修中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動、靜葉片損傷,經(jīng)全面分析,判斷為基建施工期碰擦到動葉片,機(jī)組帶負(fù)荷后隨著轉(zhuǎn)子膨脹,先期變形的動葉片與靜葉片碰擦導(dǎo)致靜葉整圈根部損傷。

通過制訂切實可行的處理方案,更換變形的損傷葉片后,發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,正弦波振動問題已得到有效解決。

由于發(fā)現(xiàn)較及時,該廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片損傷未造成嚴(yán)重的后果,但本文也給處于基建期或投產(chǎn)后未對發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子檢修的發(fā)電廠提供了警示和借鑒:一要嚴(yán)把基建施工階段的質(zhì)量工藝驗收關(guān)口;二要重視首次解體檢查性大修的作用,該解體的設(shè)備一定要解體,避免重大設(shè)備隱患遺留。