1、 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司2015年3月某電廠汽輪機事故原因分析及解決方案u 某電廠4#汽輪機是由哈汽東芝聯合設計制造的超超臨界1000MW汽輪機。汽輪機為一次中間再熱、四缸、四排汽（雙流低壓缸）單軸、沖動凝汽式汽輪機，型號：N1000-25/600/600。高、中壓第一級隔板、動葉片，低壓末三級高、中壓第一級隔板、動葉片，低壓末三級動葉片及末級隔板由東芝公司供貨，其余由哈汽供貨。動葉片及末級隔板由東芝公司供貨，其余由哈汽供貨。級數：HP：II+9；IP：27；LP：226；共48級。 u 事故簡述：3月18日揭缸檢查發現中壓電端第2級隔板導葉片整圈脫落，第2級動葉片整圈全部從根部斷裂,中壓

2、轉子電端第2級輪緣處有較嚴重損壞,中壓第1級動葉片出汽邊損傷嚴重。u 原因分析： 汽輪機形式為沖動凝汽式。沖動式汽輪機由于其工作原理，靜葉前后存在很大汽輪機形式為沖動凝汽式。沖動式汽輪機由于其工作原理，靜葉前后存在很大的壓差，需設計成隔板結構。本臺機組隔板采用焊接結構，隔板由外環（件的壓差，需設計成隔板結構。本臺機組隔板采用焊接結構，隔板由外環（件1）、）、外圍帶（件外圍帶（件2）、靜葉片（件）、靜葉片（件3）、內圍帶（件）、內圍帶（件4）、隔板體（件）、隔板體（件5）和附屬的緊固）和附屬的緊固件等組成。銑制成型的靜葉片嵌裝在加工有葉型孔的內外圍帶上，焊成環形靜葉件等組成。銑制成型的靜葉片嵌裝

3、在加工有葉型孔的內外圍帶上，焊成環形靜葉柵，然后再將靜葉柵與隔板外環和隔板體焊在一起。柵，然后再將靜葉柵與隔板外環和隔板體焊在一起。 原因分析： 裝焊隔板時通過下列方式進行裝配焊接。導葉插入到內外圍帶的孔中，通過角焊進行固定。然后將靜葉與外環和內環進行焊接。靜葉隔板的結構圍帶u 原因分析 本機組蒸汽參數高，主蒸汽壓力達到25Mpa，主蒸汽溫度達到600，所以汽輪機單級焓降很大。汽輪機采用沖動式，動葉前后基本沒有壓差，而隔板需承受該級的全部壓力差，使得隔板外環和板體需要有很大的厚度，以保證有足夠的強度能夠承受前后的壓差，同時避免產生變形。但寬厚的外環和隔板體也加長了焊接焊縫的長度，使焊接質量控制

4、困難，中壓第2級隔板的焊縫長度超過120mm（如圖所示）。122123u 原因分析 經調查，在此機組出產時，哈汽缺少窄間隙自動焊設備，高、中壓隔板采用普通氣體保護焊機配加長焊嘴方式焊接。此種焊接方式焊槍不能擺動，存在焊接后導葉片、隔板體焊接部位融合不良，焊接質量存在隱患。造成導葉在蒸汽壓力作用下，從圍帶中脫落，隔板體缺少導葉支撐，在壓力作用下，向第2級葉輪方向移動，與轉子發生碰摩，同時使得導葉向動葉移動，磕碰動葉片。汽流方向級號級號進汽側焊口深度進汽側焊口深度出汽側焊口深度出汽側焊口深度高壓高壓2 2級級1231237777高壓高壓3 3級級1611615151高壓高壓4 4級級1441445

5、353高壓高壓5 5級級85855353高壓高壓6 6級級84845353高壓高壓7 7級級71715353高壓高壓8 8級級51515454高壓高壓9 9級級60605454高壓高壓1010級級50505858中壓中壓2 2級級1231236464中壓中壓3 3級級1101105555中壓中壓4 4級級61616363中壓中壓5 5級級70706060中壓中壓6 6級級87876161中壓中壓7 7級級75755858低壓低壓1 1級級113113低壓低壓2 2級級67675656低壓低壓3 3級級85856060低壓低壓4 4級級1181185656隔板強度隔板強度級號級號導導 葉葉板板

6、體體應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(mm)(mm)應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(mm)(mm)101101高壓高壓10210245.96245.9620.1770.17727.92927.9290.250.25高壓高壓103103138.697138.6970.7440.74474.47774.4771.0471.047高壓高壓104104142.02142.020.8730.87379.53179.5311.2271.227高壓高壓105105156.522156.5221.9931.993142.167142.1672.8232.823高壓高壓106106155.935155

7、.9351.7971.797128.195128.1952.542.54高壓高壓107107174.428174.4282.632.63162.937162.9373.7233.723高壓高壓108108161.281161.2811.8511.851121.04121.042.612.61高壓高壓109109170.349170.3493.6283.628181.052181.0525.1435.143高壓高壓110110165.315165.3152.9622.962151.537151.5374.1914.191高壓高壓級號級號導導 葉葉板板 體體應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(m

8、m)(mm)應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(mm)(mm)111111中壓（調端中壓（調端1 1）11211275.73175.7311.171.1766.32866.3281.6641.664中壓（調端中壓（調端2 2）113113108.24108.241.5311.53177.43377.4332.172.17中壓（調端中壓（調端3 3）11411466.15166.1511.3571.35766.15366.1531.9271.927中壓（調端中壓（調端4 4）115115209.656209.6561.7071.70767.03567.0352.3612.361中壓（調端中壓（

9、調端5 5）116116227.521227.5212.1112.11169.92569.9252.8932.893中壓（調端中壓（調端6 6）117117205.363205.3632.2652.26569.97169.9713.0953.095中壓（調端中壓（調端7 7）118118中壓（電端中壓（電端1 1）11911975.73175.7311.1471.14765.42165.4211.631.63中壓（電端中壓（電端2 2）120120108.24108.241.4831.48375.73275.7322.1012.101中壓（電端中壓（電端3 3）12112166.15166.1

10、511.3231.32364.99864.9981.8781.878中壓（電端中壓（電端4 4）122122209.656209.6561.5731.57362.99262.9922.1692.169中壓（電端中壓（電端5 5）123123227.521227.5212 267.02167.0212.7342.734中壓（電端中壓（電端6 6）124124205.363205.3632.2492.24969.60169.6013.0733.073中壓（電端中壓（電端7 7）級號級號導導 葉葉板板 體體應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(mm)(mm)應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(mm

11、)(mm)12512563.54163.5410.4380.43822.46922.4690.6180.618低壓低壓1 1 （調端（調端1 1）12612659.42559.4252.3942.39475.09775.0973.5263.526低壓低壓1 1 （調端（調端2 2）127127168.217168.2171.8981.89849.72649.7262.6922.692低壓低壓1 1 （調端（調端3 3）12812857.42257.4220.5950.59515.215.20.8220.822低壓低壓1 1 （調端（調端4 4）12912940.32640.3260.4270.

12、4276.5016.5010.5370.537低壓低壓1 1 （調端（調端5 5）13013046.20646.2060.7890.7893.2483.2480.860.86低壓低壓1 1 （調端（調端6 6）13113163.54163.5410.3920.39220.76320.7630.5520.552低壓低壓1 1 （電端（電端1 1）13213259.42559.4252.4352.43575.96475.9643.5863.586低壓低壓1 1 （電端（電端2 2）133133168.217168.2172.0362.03652.46252.4622.8962.896低壓低壓1 1

13、 （電端（電端3 3）13413457.42257.4220.660.6616.57316.5730.9180.918低壓低壓1 1 （電端（電端4 4）13513540.32640.3260.4430.4436.8036.8030.5610.561低壓低壓1 1 （電端（電端5 5）13613646.20646.2060.7890.7893.2483.2480.860.86低壓低壓1 1 （電端（電端6 6）級號級號導導 葉葉板板 體體應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(mm)(mm)應力應力(MPa)(MPa)撓度撓度(mm)(mm)13713763.54163.5410.4430.44

14、322.65322.6530.6250.625低壓低壓2 2 （調端（調端1 1）13813859.42559.4252.1392.13969.56469.5643.1493.149低壓低壓2 2 （調端（調端2 2）139139168.217168.2171.7051.70545.76145.7612.4072.407低壓低壓2 2 （調端（調端3 3）14014057.42257.4220.5870.58715.02615.0260.810.81低壓低壓2 2 （調端（調端4 4）14114140.32640.3260.4420.4426.7816.7810.5590.559低壓低壓2 2

15、 （調端（調端5 5）14214246.20646.2060.80.83.4353.4350.8770.877低壓低壓2 2 （調端（調端6 6）14314363.54163.5410.3580.35819.48319.4830.5040.504低壓低壓2 2 （電端（電端1 1）14414459.42559.4252.4342.43475.94275.9423.5843.584低壓低壓2 2 （電端（電端2 2）145145168.217168.2170.570.5716.54716.5470.7290.729低壓低壓2 2 （電端（電端3 3）14614657.42257.4220.729

16、0.72917.96317.9631.0191.019低壓低壓2 2 （電端（電端4 4）14714740.32640.3260.4650.4657.1987.1980.5930.593低壓低壓2 2 （電端（電端5 5）14814846.20646.2060.80.83.4353.4350.8770.877低壓低壓2 2 （電端（電端6 6）推定損傷發展過程示意圖推定損傷發展過程示意圖u 推定損傷過程 推定損傷發展過程如下：推定損傷發展過程如下：（1 1）靜葉根部和頂部部分脫離；）靜葉根部和頂部部分脫離；（2 2）內環移向第）內環移向第2 2級葉輪；級葉輪；（3 3）內環接觸到第）內環接觸到

17、第2 2級葉輪進汽側；級葉輪進汽側；（4 4）內環外側和葉輪前側因轉子轉動摩擦而磨損；）內環外側和葉輪前側因轉子轉動摩擦而磨損；（5 5）由于內環和葉輪之間摩擦產生的回轉力造成靜葉脫離；）由于內環和葉輪之間摩擦產生的回轉力造成靜葉脫離；（6 6）脫離的靜葉卡住第）脫離的靜葉卡住第2 2級動葉，而第級動葉，而第2 2級動葉正在以轉子相同的轉級動葉正在以轉子相同的轉速運動；速運動；（7 7）第）第2 2級動葉因撞擊損壞；級動葉因撞擊損壞；（8 8）損壞的動葉卡住第）損壞的動葉卡住第2 2級靜葉和動葉。級靜葉和動葉。（9 9）導葉由于動葉碰撞產生反彈，磕碰中壓第）導葉由于動葉碰撞產生反彈，磕碰中壓第

18、1 1級動葉。級動葉。后續出產機組復查情況后續出產機組復查情況冷作分廠窄間隙焊接設備于冷作分廠窄間隙焊接設備于20092009年年8 8月月1 1日到貨，日到貨，8 8月月1515日安裝完成，日安裝完成，并開始進行焊接工作，根據分廠隔板的完工轉送單，平頂山一號機低并開始進行焊接工作，根據分廠隔板的完工轉送單，平頂山一號機低壓隔板是壓隔板是1010月月2323日完工轉出，即低壓隔板全部采用的是窄間隙自動焊日完工轉出，即低壓隔板全部采用的是窄間隙自動焊接。而高壓隔板完工轉送單為接。而高壓隔板完工轉送單為9 9月月1414日至日至9 9月月1717日。中壓隔板完工轉送日。中壓隔板完工轉送單為單為9

19、9月月2121日和日和9 9月月2323日。高中壓隔板的焊接周期為一個月左右，故從日。高中壓隔板的焊接周期為一個月左右，故從此推斷高中壓隔板應該使用的是窄間隙焊接設備此推斷高中壓隔板應該使用的是窄間隙焊接設備, ,但不能完全確定。但不能完全確定。平頂山二號機及以后的機組全部采用的是窄間隙自動焊接，焊接質量平頂山二號機及以后的機組全部采用的是窄間隙自動焊接，焊接質量可以保證。考慮到要保證機組的絕對安全運行，建議有機會停機時檢可以保證。考慮到要保證機組的絕對安全運行，建議有機會停機時檢查隔板的變形并探傷檢查焊縫質量。查隔板的變形并探傷檢查焊縫質量。停機檢查的項目：停機檢查的項目：隔板撓度、軸向變形

20、測量；隔板撓度、軸向變形測量；隔板內、外環主焊縫相控陣探傷檢查；隔板內、外環主焊縫相控陣探傷檢查；1. 根據檢查情況決定是否返廠加固；根據檢查情況決定是否返廠加固；u平頂山項目需要考慮如下預案平頂山項目需要考慮如下預案高壓缸檢查范圍高壓缸檢查范圍：序序號號圖號圖號名稱名稱序序號號圖號圖號名稱名稱1 1CCH02.102Z-CCH02.102Z-2 2高壓第高壓第2 2級隔板級隔板6 6CCH02.107Z-CCH02.107Z-2 2高壓第高壓第7 7級隔板級隔板2 2CCH02.103Z-CCH02.103Z-2 2高壓第高壓第3 3級隔板級隔板7 7CCH02.108Z-CCH02.108

21、Z-2 2高壓第高壓第8 8級隔板級隔板3 3CCH02.104Z-CCH02.104Z-2 2高壓第高壓第4 4級隔板級隔板8 8CCH02.109Z-CCH02.109Z-2 2高壓第高壓第9 9級隔板級隔板4 4CCH02.105Z-CCH02.105Z-2 2高壓第高壓第5 5級隔板級隔板9 9CCH02.110Z-CCH02.110Z-2 2高壓第高壓第1010級隔板級隔板5 5CCH02.106Z-CCH02.106Z-2 2高壓第高壓第6 6級隔板級隔板序號序號圖號圖號名稱名稱序號序號圖號圖號名稱名稱1 1CCH02.111Z-2CCH02.111Z-2中壓第中壓第1111級隔板

22、級隔板( (調、電調、電) ) 8 8CCH02.118Z-2CCH02.118Z-2中壓第中壓第1212級隔板級隔板( (電電) )2 2CCH02.112Z-2CCH02.112Z-2中壓第中壓第1212級隔板級隔板( (調調) )9 9CCH02.119Z-2CCH02.119Z-2中壓第中壓第1313級隔板級隔板( (電電) )3 3CCH02.113Z-2CCH02.113Z-2中壓第中壓第1313級隔板級隔板( (調調) )1010CCH02.120Z-2CCH02.120Z-2中壓第中壓第1414級隔板級隔板( (電電) )4 4CCH02.114Z-2CCH02.114Z-2中

23、壓第中壓第1414級隔板級隔板( (調調) )1111CCH02.121Z-2CCH02.121Z-2中壓第中壓第1515級隔板級隔板( (電電) )5 5CCH02.115Z-2CCH02.115Z-2中壓第中壓第1515級隔板級隔板( (調調) )1212CCH02.122Z-2CCH02.122Z-2中壓第中壓第1616級隔板級隔板( (電電) )6 6CCH02.116Z-2CCH02.116Z-2中壓第中壓第1616級隔板級隔板( (調調) )1313CCH02.123Z-2CCH02.123Z-2中壓第中壓第1717級隔板級隔板( (電電) )7 7CCH02.117Z-2CCH0

24、2.117Z-2中壓第中壓第1717級隔板級隔板( (調調) )中壓缸檢查范圍：中壓缸檢查范圍：u隔板加固方案：加強筋對探傷存在問題的隔板進行加固處理對探傷存在問題的隔板進行加固處理u根據平頂山電廠意愿是否考慮汽輪機通流改造；u如電廠近期沒有改造意愿，將對加固的隔板進行更換； - -新隔板采用導葉自帶菱形冠結構設計新隔板采用導葉自帶菱形冠結構設計導葉自帶菱形冠導葉自帶菱形冠導葉與圍帶插焊導葉與圍帶插焊 由于哈汽目前擁有的設計技術，較現運行的機組設計制造技術又有進一步提升，原機組采用沖動式設計理念，汽輪機改造技術采用反動式設計理念，將現役機組高、中壓通流進行全新的升級改造，進一步提高機組的安全性

25、和經濟性。 下面從通流型式、葉型選擇、汽封間隙選擇、動靜葉裝配形式等方面進行升級改造。u汽輪機技術升級、優化改造方案 q 主要技術改進點最新結構優化新型閥門技術全新多級反動式通流設計技術通流、結構、系統、運行、汽封-全方位改進優化技術改造方案回熱系統優化運行模式優化22優化高壓內缸變形小密封好優化排汽端型線減小流動損失三胞胎調節級動葉優化調節級焓降預扭裝配式動靜葉柵流線型高壓噴嘴室多級數反動式通流T型葉根密封良好q 高壓缸模塊改造-帶調節級方案更高效率的“多級反動式”通流技術；減少每級焓降，重熱系數高；葉片軸向寬度小，級效率高；最先進的后加載葉型，攻角適應范圍廣，變工況特性好充分發揮多級反動式

26、技術優勢缸效率提高2%以上高壓缸增加4級（913）多齒小間隙汽封技術采用0號高加回熱技術23按用戶要求調整通流面積改造后高壓缸通流改造前高壓缸通流24高壓典型級葉片表面極限流線改造前靜葉改造后靜葉改造前動葉改造后動葉改造后，采用小焓降、高效后加載葉型，端部二次流明顯減弱；葉型攻角適應范圍廣，提高了機組變負荷運行經濟性。25q 調節級噴嘴和三胞胎動葉焊接噴嘴剛性好熱應力小熱膨脹性好子午面收縮，表面滲硼強化固粒腐蝕下降為原材料0.02彈性密封熱膨脹性能好運行時無泄漏三胞胎葉片，高強度適應順序閥運行模式優化型調節級汽室26減少制造工序節約加工周期沒有焊接部分葉片預扭安裝裝配簡單方便應用業績豐富保證隔

27、板制造精度易于葉片拆裝更換q 預扭裝配式隔板（靜葉柵）27外置式蒸冷器q 系統優化技術蒸汽冷卻器 由于中壓缸中間抽汽級的抽汽溫度較高，其過熱度較大，直接加熱給水會降低機組循環效率，采用外置蒸汽冷卻器先加熱高溫給水可提高給水溫度4-5，提高汽輪機內效率0.2%左右。增加外置蒸冷器后，既降低機組熱耗，同時減少三號高加的設計難度。280號高加系統高壓缸設置0號高加抽汽口，保證75%THA工況下省煤器入口給水溫度提高至300，50%THA工況下省煤器入口給水溫度提高至280左右。工況抽汽壓力MPa給水溫度75%THA8.49130050%THA5.684276.5給水溫度對熱耗影響較大去0號高加29q

28、 高壓缸模塊-取消調節級方案優化高壓內缸變形小密封好多級數反動式通流采用0號高加回熱技術更換高壓外缸適應切向進汽方式和0號抽汽要求2180切向蝸殼進汽降低進口部分流動損失第一級橫置靜葉，蒸汽在速度和方向不發生驟變的情況下流入葉片，流動損失明顯降低，氣動效率提高1.3%紅套環內缸密封技術各級動葉采用T型葉根，漏汽損失小全周進汽方式，無部分進汽損失和閥門節流損失第一級低反動度技術，降低轉子工作溫度優化排汽端型線減小流動損失預扭裝配式動靜葉柵多齒小間隙汽封技術更換高壓缸模塊更多級數更高效率的“多級反動式”通流技術；減少每級焓降，重熱系數高；葉片軸向寬度小，級效率高；最先進的后加載葉型，攻角適應范圍廣

29、，變工況特性好。轉子重量與改前基本相當，汽缸重量較改前小10噸30切向蝸殼進汽高壓缸進汽采用切向蝸殼，減小第一級導葉進口參數的切向不均勻性，提高效率。蝸殼結構能夠減小進口部分的流動損失。蒸汽在速度和方向不發生驟變的情況下流入葉片。允許提高蒸汽流速，并具有很高的蒸汽動能轉換效率第1級靜葉與進汽蝸殼聯合計算，總壓損失系數0.6%。 汽輪機進汽蝸殼實體圖31高壓進氣蝸殼壓力云圖高壓蝸殼進汽計算分析采用商業軟件計算，ICEM劃分網格，CFX求解。進口給定總溫和總壓，出口給定質量流量，工質為水蒸汽。蝸殼內部流域切面示意圖 YZ平面速度矢量圖 XY平面壓力分布 壓力分布圖 蝸殼總壓損失系數僅為0.15%。

30、分析流動情況，汽流在蝸殼內逐漸膨脹加速，壓力逐漸降低，變化均勻，壓力等值線幾乎與流線方向垂直。從壓力云圖看，由于切向進汽，汽流在離心力作用下，形成了蝸殼外側壓力高，內側壓力低，但切向非常均勻，壓力等值線幾乎是同心圓；32第一級橫置靜葉 高壓缸第一級靜葉片采用軸向布置形式，以配合切向蝸殼全周進汽形式；第一級采用了低反動式葉片級，第一級靜葉后溫度降低20，從而降低第一級葉輪和轉子表面的溫度，為高壓轉子提供有利的工作條件。提高第一級的級效率。第一級軸向布置靜葉實體圖33第1、2級子午面溫度云圖內缸紅套環密封技術高壓內缸采用規則的圓筒形結構，取消水平結合面的法蘭。結構更緊湊，熱應力小，適應性好，啟動及

31、變負荷時間短。紅套環整圈受力、應力集中小、壽命長。內缸在長期穩態及瞬時變工況下運行期間無泄漏。 34紅套后的高壓內缸和轉子效果圖現場檢修、拆裝方便、快捷現場安裝：將高壓模塊整體起吊，緩慢落在軸承箱中，外缸貓爪支撐在軸承箱上，轉子支撐在軸承上。調好后，拆卸定位環，連接轉子對輪，高壓模塊與管道、閥門連接。35整體運輸優化排汽端型線減小流動損失預扭裝配式動靜葉柵多級數反動式通流q 中壓缸模塊改造-反動式方案更高效率的“多級反動式”通流技術；減少每級焓降，重熱系數高；葉片軸向寬度小，級效率高；軸向間隙大，啟動速度快；最先進的后加載葉型，攻角適應范圍廣，變工況特性好。充分發揮多級反動式技術優勢缸效率提高

32、1%左右新型汽封技術應用36高壓主汽閥1.重新計算高調閥口徑，減小余量，與負荷相符2.調整閥門相對行程，調整重疊度，實現順序閥3.優化影響閥門壓損因素高壓調節閥q高壓閥門改造技術MSVMSV執行機構執行機構CVCV執行機構執行機構q 閥門優化技術37現役機組閥門改造q 閥門優化技術改進型閥門特點：lMSV：將主汽閥芯置于閥門頂部，減少汽流阻力，降低閥門損失。lCV：調整閥門口徑和行程，實現真正全開。l調節閥座過盈量，調整為0.230.28mm，防止閥座脫落。l改進后預測壓損：3%-4%。38q 新型閥門技術-配合高壓缸蝸殼進汽每個閥組包括2個主汽閥和2個調節閥。每個調節閥通過導汽管分別與上下缸一個進汽口相連。主汽