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  • 汽轮机末级叶片

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    概述/汽轮机末级叶片 编辑

    汽轮机末级叶片可能面临的问题是,要求设计出有效终压为排汽压力,蒸汽膨胀和余速损失最小的末级叶片;要求末级总环形面积趋于和汽轮机额定功率成正比。目前实现此目的有两种途径:其一是增加低压通流级数,这种办法简单易行,但是增加低压通流级数会使轴系振动、胀差问题随着轴的长度增大而变得严重;其二是制造更长的叶片。当前汽轮机厂家对上述两种方法是兼而有之。在运行中,国内外都有不同程度的叶片裂纹和断裂事故,其原因是复杂的,找出主要原因,提高可靠性显得非常必要。

    发展/汽轮机末级叶片 编辑

     早在20世纪七八十年代,大型火电站的汽轮机末级叶片就发展很快。据资料记载,美国通用电气和西屋公司分别研制出787mm及851mm叶片,并在350MW及600MW机投入使用;日本三菱公司、日立公司及东芝公司成功地将1016mm末叶用于600MW火电机组;列宁格勒金属工厂很早就研制出1020mm末叶用于800MW机。目前火电机组投入使用的末级叶片已达1041mm。阿尔斯托姆最近开发了1092mm末级叶片。国内火电机组末级叶片有680mm,710mm,851mm,909mm,1016mm等,分别用于200MW,300MW,600MW等系列机组。现设计的末级叶片均采用最佳速比、反动度和三元流计算方法,使径向和轴向的流体分布更趋合理;采用高效率的动叶型,光滑的子午面通道结构等,从而大大地提高了级效率

      概括来讲,汽轮机末级叶片有3种结构形式,即自由叶片、成组叶片及由围带和/或拉筋连接的整圈叶片。从国内外汽轮机制造厂家来看,BBC、Allis-charmers、KWU等公司采用过自由叶片,美国通用电气、西屋公司、三菱、日立、列宁格勒金属工厂等多采用成组叶片。从动力学的观点来看,自由叶片流型好、应力集中强度较低、其振型少,而且易于计算,但其最大的缺点是对抗拉强度要求高,故叶根很宽,这样沿叶高的递减率很大,叶顶的挠性大,极容易产生颤振。成组叶片及整圈叶片是通过围带与叶顶铆接进行固定。当然围带也可以与叶片整锻而成,而后彼此焊接在一起。同样拉筋也可以和叶片锻成一体,或松拉筋型式。美国通用电气和西屋公司等采用的成组叶片为每组4只或6只不等,通过自身围带和阻尼拉筋连在一起。国内851mm和1016mm叶片为成组连接,680mm、710mm叶片为铆接整圈围带,拉筋为整圈松拉筋。

      与叶轮相衔接的叶根有倒T型、双倒T型、外包菌型、枞树型及叉型。美国通用电气公司及西屋公司多采用枞树型叶根,国内200MW机的末级叶片叶根为五叉型和七叉型,通过定位销与叶轮轮缘锁定。

    事故原因/汽轮机末级叶片 编辑

      大型汽轮机末级叶片的可靠性是一个十分复杂的问题,它涉及到空气动力学设计、机械设计及材料选用的标准等。

      在70年代到80年代初,国内外末级叶片断裂事故频繁发生。在二部(机械部、电力部)从西屋公司引进300MW/600MW火电机组技术时,在美国费城莱斯特厂就曾了解到,西屋公司先后用10年时间对末级叶片优化和改进,在此之前通用和西屋有50台机组的末级叶片发生裂纹和断裂事故。其末级叶片断裂事故多发生在低压缸的电机端和调速器端。在我国,电厂运行中叶片断裂事故也占较大比例,据不完全统计,从1970年到1985年,全国至少发生1061起叶片事故(包括末级叶片)。据资料记载,前苏联从1975年到1985年大概有400台从160MW到600MW运行机组末级叶片发生过裂纹和断裂事故。日本末级叶片事故率占电站事故率的5%,西德占4%。总的来讲,末级叶片出现裂纹和断裂事故的原因大致可归纳如下:

      (1)大型汽轮机末级叶片(包括次末级)是在湿蒸汽条件下工作的,加之末级动叶叶顶的线速度为超音速,如通用电气762mm的末叶,其叶顶的线速度为581m/s;851mm的末叶,其叶顶的线速度为594m/s;1016mm的末叶,其叶顶的线速度为657m/s。相对应的马赫数为1.35、1.6和1.77,这样对末级叶片的水蚀和水涮更为严重。

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