1000MW汽轮发电机转子叶片损伤分析及处理

引言

某电厂1000MW汽轮发电机组首次解体大修,拆下发电机转子第一块静叶座(12点方向）以后,发现转子第二级动叶(5片）存在弯曲变形,第二级静叶整圈根部有V字型豁口,拆除全部静叶座后发现8点钟方向安装的8片静叶根部损伤较严重。

拆下静叶支座,励侧向汽侧数第二级动叶5片变形(图1）,变形方向为逆时针方向(从汽侧看）:励侧向汽侧数第二级静叶(126片）根部整体受损,其中8片静叶片受损较严重(图2）,缺口最深处约12mm。

图1励侧数第二级动叶5片变形

图2励侧数第二级静叶整圈根部受损

抽出转子后检查,定子膛内清洁无损伤、未见异物遗留:转子风扇座发现少量金属屑(经光谱检测为铝屑,与静叶材质相符）。

测量变形动叶片移出动叶片整体边缘尺寸最大约30mm(图3）。

图3动叶移出边缘线尺寸测量

1检查情况

1.1基本概况

该电厂发电机型号为QFSN-1000-2,额定功率1000MW,额定电压27kV,额定电流23778A,额定励磁电压437V,额定励磁电流5887A。

发电机采用水氢氢冷却方式,发电机内冷却气体由汽端轴上的多级轴流风扇进行循环。风扇与转子本体出风口排出气体所产生的压力一起作用于冷却转子绕组。

发电机转子轴流风扇采用动静扇叶结构设计,由安装于转子风扇座4级动叶片和安装于大端盖静叶座的5级静叶片组成。转子动叶片材质为锻钢21Cr12MoV,静叶片材质为锻铝2A50。

1.2解体前动静叶间隙测量情况

静叶座拆出前测量静叶片与动叶风扇座间隙最大

2.1mm、最小1.9mm,标准1.6～2.6mm,符合安装手册标准。

1.3基建安装记录

检查基建期发电机风扇间隙测量安装记录,动静叶片间R值为(26+7）mm,标准为(32士2）mm,在调整汽轮机联轴器间隙时需增加7mm余量,但在调整时未见相关记录。

1.4机组运行情况

该汽轮发电机于2＋19年7月22日开始启动试运,调阅汽轮发电机0Cs振动历史趋势,2019年7月22日汽轮机冲转至3000r/mDi,#7、#8轴承振动出现正弦波波形趋势,带负荷后正弦波振动波形明显,#8轴承振动值呈现增长趋势,满负荷时振动最高达125μm(报警值83μm,跳闸值13＋μm）。

1.5发电机转子动平衡调整情况

(1）2＋19年8月14日,在励发联轴器增加平衡块后,#8轴承振动最大值从126μm变化为68n1＋5μm波动,#7轴承振动最大值从89μm变化为54～94μm波动。

(2）2＋19年1＋月6日,在汽发、励发联轴器增加平衡块后,#8轴承振动在32～96μm范围波动,#7轴承振动在52～101μm范围波动,#3轴承振动在43～94μm范围波动,#2轴承振动在48～105μm范围波动。

(3）2020年1月16日,根据2019年10月6日在汽发、励发联轴器增加平衡块后的运行振动数据,对励发联轴器平衡块进行了调整,调整后#8轴承振动在34～100μm范围波动,#7轴承振动在38～92μm范围波动,#3轴承振动在42～77μm范围波动,#2轴承振动在45～86μm范围波动。

2原因分析

发电机转子动、静叶片碰擦损伤的可能原因分析如下。

2.1异物进入造成叶片碰磨损伤

抽出转子后检查定子、转子,除少量金属碎屑外均未发现明显异物,基本排除异物进入导致叶片损伤因素。

2.2动、静叶片间隙过小,运行中碰磨损伤

因动、静叶片间隙一致,运行中如振动导致碰磨则会整圈叶片发生碰磨,故基本排除该原因。

动叶片运行中与静叶片座碰擦变形,在负荷上升转子膨胀时发生动、静叶片碰擦。现场检查第二级静叶片座与动叶片相邻位置无明显碰磨刮擦痕迹,基本排除该原因。

2.3基建安装时部分动叶片弯曲造成碰磨

发电机转子动、静叶片碰擦先决条件:转子动叶片与静叶片间距在热态运行时超出说明书规定的装配间隙R值范围(32±2）mm。判断转子第二级5片动叶片在施工环节先行碰擦变形,转子振动整体呈现不平衡的趋势,随负荷上升,转子膨胀增加,先期变形的动叶与静叶片碰擦导致静叶整圈根部损伤。

注:动叶片变形最大偏移值达30mm,转子膨胀量按4mm计算,两者叠加处于动、静叶片最大R值范围,发生碰擦可能性极大。另外如原始R值为26mm,则运行中动、静叶片必然发生碰擦。

2.4分析结论

综上,经该电厂技术人员会同相关专家共同分析判断,发电机转子动、静叶片碰擦损伤的原因为:基建施工期转子第二级部分动叶片先行碰擦变形,机组运行后,随着负荷上升,转子膨胀增加,先期变形的动叶片与静叶片碰擦导致静叶整圈根部损伤。

3处理及防范措施

3.1处理措施

在发现该发电机动、静叶片缺陷后,立即协调主机厂准备叶片加工材料,制订维修方案。

(1）将静叶片含底座整体组装后返回主机厂,根据实际尺寸加工合格的静叶片,经精修后探伤合格,整体返回安装。

(2）加工动叶片5片,由主机厂技术人员到该电厂安装动叶片,与其他完好动叶片配叶顶高度,要求与完好叶片叶顶最大高度偏差在-0.3～0mm。

(3）检查发电机转子其他部位无损伤,检查定子各部无损伤,各项试验均合格:对转子、定子、冷却器各部进行全面的检查、清扫。

3.2防范措施

(1）转子动、静叶片安装后必须经金相检测合格。

(2）发电机穿转子过程中严格执行防护措施,防止动叶片在穿转子过程中损伤。

(3）发电机静叶片及支座复装时必须严格按照出厂说明书安装工序进行,安装时使用专用工具,防止因操作不当造成动、静叶片损伤。

(4）组织对静叶座复装过程中可能造成叶片损伤的工序进行风险点分析,制订防范措施,并组织施工人员进行学习,落实好防范措施。

(5）发电机静叶片及支座复装过程中必须执行好动、静叶片轴向、径向间隙的测量,测量过程中要有检修单位、电厂各级检修、验收人员到场见证,过程要进行录像留证,防止安装过程不可追溯。

(6）发电机损坏的动、静叶片更换后会对整体的平衡造成影响,启机前需组织主机厂、振动方面专家到场,针对启机、冲转、并网可能发生的振动影响进行评估、调整,防止振动影响机组后续的安全运行。

4结语

该电厂在发电机首次检查性大修中发现转子动、静叶片损伤,经全面分析,判断为基建施工期碰擦到动叶片,机组带负荷后随着转子膨胀,先期变形的动叶片与静叶片碰擦导致静叶整圈根部损伤。

通过制订切实可行的处理方案,更换变形的损伤叶片后,发电机运行稳定可靠,正弦波振动问题已得到有效解决。

由于发现较及时,该厂发电机转子叶片损伤未造成严重的后果,但本文也给处于基建期或投产后未对发电机抽转子检修的发电厂提供了警示和借鉴:一要严把基建施工阶段的质量工艺验收关口;二要重视首次解体检查性大修的作用,该解体的设备一定要解体,避免重大设备隐患遗留。