汽轮机高压缸喷嘴组损坏原因分析及应对措施研究

张志阳　陈洪利　孝延军　刘洪亮

摘 要：本文介绍北重330MW汽轮机高压缸喷嘴组损坏的原因及应对措施，对可能产生高压缸喷嘴组损坏得问原因进行了分析，详细介绍了针对现场情况高压缸喷嘴组损坏后的处理方案、处理过程和处理效果，对同类型机组的设计、安装、调试具有一定的借鉴。

关键词：330MW；汽轮机；喷嘴组；受力分析

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

1 概述

北京北重汽轮电机有限责任公司生产的N330—17.75/540/540型汽轮机为亚临界、一次中间再热、单轴三缸双排汽、冲动凝汽式汽轮机。汽轮机本体为三缸双排汽，单轴布置的冲动、凝汽式机组。采用喷嘴配汽方式。转动方向从汽机向发电机看为逆时针方向。高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外作功。2018年07月，汽轮机高压缸喷嘴组解体发现喷嘴组损坏，在高压内缸上下部挂耳处存在明显切压痕迹如图1，炉侧下喷嘴组挂耳处下部磨损约0.5mm，电侧下喷嘴组挂耳处上部磨损约1mm。表明高压缸喷嘴组损坏。

2 解体检查情况

在汽轮机高压缸解体后检查测量发现具体情况如下：

（1）高压缸喷嘴组炉侧汽封块磨损如图2：汽封齿磨损，汽封块背弧磨损。（2）高吊出高压转子发现，汽封环，水平中分面与垂直中分面，汽封块同汽封块接触端面汽蚀严重如图2。（3）检查汽封块退让，发现退让不合格，拆除汽封块弹簧，发现汽封块弹簧失效，将失效弹簧与新弹簧对比如图3，弹簧相差将近8mm，将失效弹簧与高压其它级旧弹簧相比，发现高压其它级弹簧存在3-7mm偏差不等，均为失效弹簧如图3。

3 高压缸喷嘴组损坏分析

汽轮机喷嘴是一个截面形状特殊且不断变化的通道。蒸汽进入喷嘴后发生膨胀、消耗了蒸汽的压力能，即消耗了蒸汽的热能，蒸汽的压力及温度都下降了，而蒸汽的流速却增加了，获得了高速气流。喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转变为动能。因此汽轮机喷嘴组要求具有足够的刚度和强度，能够承受压差力、热应力，且不会变成锥形，同时有合理的支承和定位，并且便于加工和安装。因此本机组采用挂耳与下缸立键固定的方式固定喷嘴体，采用汽封环与汽封弹簧的设计方式进行补偿间隙，减少蒸汽损失。

（1）材质问题导致喷嘴组损坏。通过汽轮机喷嘴组损坏现象判断，在汽轮机喷嘴挂耳处产生明显切压痕迹，导致喷嘴组产生旋转变形，但通过对比汽缸材质与进行金属检测表明材质均为2Cr11NiMoVNbNB系列。（2）弹簧失效导致喷嘴组损坏。通过汽轮机喷嘴组汽封环损坏现象判断，弹簧失效，下部汽封环汽封块之间产生间隙，高温高压蒸汽从间隙中漏泄产生汽封块端面冲刷如图2最终导致汽封块冲刷汽蚀，但左右汽封间隙及汽封齿不会产生磨损。（3）挂耳接触面积小导致喷嘴组损坏。根据喷嘴受力表明，喷嘴组在运行中承受顺时针旋转现象。表明喷嘴组承受蒸汽力，喷嘴组运行中时刻需要克服蒸汽力进行做功，蒸汽力最終反应在喷嘴组两侧挂耳处，因此，根据p=F/s，挂耳的接触面积与承受的力成正比，机组运行中挂耳受力面积越小，喷嘴组所承受的压力就越大，产生的切压力越大。

分析结论：

汽轮机高压缸喷嘴组损坏为两方面原因：原因一，汽封弹簧失效导致汽封块端面产生冲刷，最终损坏；原因二，喷嘴组挂耳受力面积过小导致未能克服蒸汽力产生顺时针旋转，造成喷嘴组挂耳处损坏及左右汽封块磨损。

4 处理方案

根据喷嘴组损坏的原因，进行处理如下：

（1）重新校核汽封弹簧材质、弹性力、热处理工艺，根据运行工况，重新选用符合条件的汽封弹簧。（2）重新校正运行工况下的蒸汽力与挂耳面积的压比，根据压比重新制作新挂耳进行安装，同时对气缸、喷嘴组损坏处进行修复。

5 处理后的运行情况

为进一步验证此次处理方案的实施效果，机组重新点火启动及运行过程中，分别在50%、75%、100%工况下对汽轮机2瓦处振动，瓦温、气缸温度、缸内声音进行监视，未见异常现象，相同负荷下主汽流量明显优于修前值。

6 结束语

针对北重330MW汽轮机高压缸喷嘴组损坏的原因，要充分考虑蒸汽对高压缸喷嘴组产生力或力矩，要严格按厂家设计进行施工，选用材质、质量合格的备品备件，确机组稳定运行。

参考文献：

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