(乌海热电厂，内蒙古 乌海 016000)
摘 要：文章分析了防止汽轮机低负荷运行，小容积流量下将会产生动叶出汽边水蚀、叶片颤振等新问题，并分析了其产生的机理，提出了改进措施。
关键词：汽轮机；叶片；水蚀
中图分类号：TK263.6＋1∶TG174.43 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)06—0310—01
随着电网用电负荷特性的变化，当采用低负荷的运行方式时，由于机组偏离了设计工况，经济性和可靠性均受到影响。对汽轮机本体来讲，频繁的启停及变工况运行，增加了机组的低周疲劳，其影响部位主要为旋转部件：如转子和叶片及汽缸等部位。统计表明，低压缸叶片损坏的数量约占全部损坏叶片数的85％，而末级和次末级叶片损坏数约占低压缸叶片损坏数的75％。例如：乌海热电厂200 MW#2机组经过一年的运行后，大修时检查发现汽轮机末级叶片冲蚀严重，使叶片受冲蚀的主要原因是低压缸喷雾装置布置不合理以及机组长期低负荷运行所致。
在低负荷下，由于蒸汽流动情况的改变，末级叶片受到的影响分析如下：
1 动叶出汽边水蚀
低负荷下，原设计流场被破坏，末级叶片沿叶高的热力参数将重新分布，沿汽缸壁和叶轮的气流发生了分离，气流在动叶片根部和静叶栅出口顶部出现气流脱离，形成倒涡流区。整个汽道只通过小部分气流，相对的容积流量越小，旋涡区越大，分离的相对高度也就越大，末级叶片反动度设计的大小对低负荷下分离程度有着显著的影响。根部反动度设计值越小，当容积流量减少而偏离设计值方向时分离的越早，分离的相对高度也越大，反之亦然。
对200MW汽轮机末级叶片：当负荷低于60％时，根部出现负反动度，当负荷降低至40％时，根部反动度达－19％，同负反动度一起出现的是动叶前后近根部的递压梯度，此时动叶后的静压力将大于动叶前的静压力，在这种气流条件下将使叶型表面的附面层增厚乃至脱离，为在根部区形成一个较大的倒涡流区造成外部条件。当气流在动叶片根部和静叶栅出口顶部出现气流脱离，形成倒涡流区时，由于末级排汽湿度大，气流中夹带的水滴随蒸汽倒流冲击叶栅。水冲蚀使得根部截面积减小，大大削弱了其强度，对机组的安全运行造成了威胁。
2 动叶片颤动
末级叶片颤动也是低负荷运行时经常发生的。颤动即自激振动，是当叶片表面蒸汽流发生脱离现象形成涡流所致。从汽轮机动应力与相对容积流量的关系曲线可以看出，在0.4～1.0范围内，动应力随负荷的降低而减小，进一步降低容积流量，动应力开始上升，当容积流量为0.2附近达到最大，然后随容积流量的减少急剧下降至零。
在容积流量减小时，激振力的频率并没有变化，所以这种动应力突增现象无法用强迫振动予以解释。由于动应力突增现象是发生在小容积流量工况，所以小容积流量工况的气动特性是引启动应力突增的根源。
在小容积流量工况下，动叶根部区域由于气流脱离所造成的涡流和叶顶处的气流偏转而激发了叶片的自激振动。即使在设计工况下调开叶片的固有频率，仍有可能由于自激振动而落入共振区，使叶片的动应力突增。
研究表明，引起汽轮机叶片在小容积流工况下动应力突增的是流体自激振动中的失速颤振。失速气流对叶片所作的正功小于机械阻尼所消耗的功时，叶片从气流吸收的能量不断被机械阻尼所消耗，叶片振动的振幅逐渐衰减，振动趋于消失。反之，叶片从气流吸收的能量不断增加，叶片振动的振幅逐步加大，于是发生颤振。
3 降低叶片水浊和振动的措施
从以上分析可知动叶根部气流脱离旋涡是造叶栅水蚀和动叶颤振的主要原因，而根部气流脱离旋涡乃是根部反动度所致，所以从根部增大反动度，避免在小容积流量下出现负值是解决末级叶片水蚀和颤振的有力措施之一。乌海热电厂200MW#2机组大修时检查发现末级叶片水冲蚀严重，联系生产厂家共同研究分析认为叶片水冲蚀严重大致由以下两种原因造成：①低压缸喷雾装置布置不合理；②机组长期低负荷运行所致，后经厂家对低压缸喷雾装置进行处理，经半年的运行后效果良好，开缸检查末级叶片的水蚀情况得到很大的改善。叶片水蚀的情况得到了控制，大大提高了机组的低负荷运行性能。
应注意的问题有：①低压缸喷雾装置是用于控制汽缸温升的装置，应有较好的效果：一是严密性好，停开方便，灵敏精确。二是雾化效果好，无大粒水或水柱。三是喷射方向安装正确，保证顺流，避开末级叶片，使水蚀减少到最低限度。②低负荷运行时，应控制真空，减少排汽湿度，减轻叶片颤动。③用寿命管理制定合适的机组调峰负荷曲线，降低机组的寿命损耗和部件的损坏几率。④根据200 MW等级汽轮机的设计特点，调峰的幅度宜控制在不低于50％负荷为宜。⑤在设备选型时，要针对低负荷运行对末级叶片的影响进行叶片选型论证。在气流设计上精心选择动叶和静叶的最合适的配合流型，选用对冲角不敏感的叶型，增大叶片反动度。同时制造厂在末级动叶根部区域出汽边背弧侧应采用硬质合金以防水蚀。
［参考文献］
［1］ 袁裕祥火力发电厂维护消缺技术问答丛书汽轮机分册［M］北京：中国电力出版社，2004.
［2］ 望亭电厂300MW火力发电机组运行与检修技术培训教材汽轮机［M］北京：中国电力出版社，2007.