汽轮机部件可靠性设计中的一些问题

摘要

汽轮机是大型火力发电站主要原动机,其工作可靠性决定了电网的可靠性。因而,必须保证汽轮机可靠地按预定要求进行工作。对于汽轮机的可靠性设计,是指汽轮机各不同部件在预定的运行期限内(例如,对于汽缸、转子在20～30年内,对于套装叶轮在10年内,对于叶片在50000小时内),它能按预定的要求工作而不至失效报废(最严重的失效就是部件的破坏)。由于过去在汽轮机设计中,没有明确指出汽轮机各部件能够可靠地工作的年限和什么期限之后部件将会失效,也没有指明进行安全检查并重新对可靠性作出评价的年限,以致实际运行中发生一些事故而造成损失。归纳以往汽轮机部件所发生的事故,有如下几种情况: (1)运行时间过长,造成部件自然失效。如某电厂1号机组的16、17、18级叶轮,运行140000小时后发现裂纹。(2)设计不合理,局部应力过大,发生疲劳裂纹,造成早期失效。例如内孔处有轴向键槽的套装叶轮,内孔处发生早期裂纹的事故甚多,其中某电厂4号机组第16级叶轮,只运行18400小时即发生飞裂事故。(3)材料或加工、装配缺陷兼之应力较高引起部件早期失效。例如某电厂1号机组的高压外缸,由于铸造缺陷加之应力较高,造成早期裂纹。(4)运行时操作不当引起早期失效。如有两家电厂均因以高温蒸汽喷射低温汽缸壁而造成早期裂纹。可见,对于汽轮机部件的可靠性设计,必须计及运行年限、承载条件、材料及工艺性能、操作规范等因素。本文对汽轮机的汽缸、轮盘、转子等主要部件的可靠性设计提出一些初步看法。在对汽缸可靠性设计的讨论中,将提出:(1)调节阀阀杆的动应力计算和安全设计;(2)汽缸尖峰应力区的分析;(3)汽缸的热交换、温度场、热应力;(4)为保证汽缸不发生热疲劳破坏的启动温升控制原则;(5)汽缸的可靠性判据;(6)汽缸的合理布置。在对轮盘、转子可靠性设计的讨论中,将提出;(1)套装轮盘设计的改进;(2)轮盘、转子应力高峰区以及疲劳寿命的计算;(3)保证转子不发生热疲劳破坏的汽轮机温升控制原则;(4)轮盘、转子安全寿命的判断;(5)转子振动的防止和消除。