汽轮机低压缸末级叶片水蚀机理分析及司太立合金片更换研究
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摘要
压水堆核电站所采用汽轮机为饱和蒸汽型汽轮机,其低压缸末级叶片很容易发生水蚀,如果叶片出现问题导致故障会给核反应堆运行造成运行瞬态事件,因此对核电站安全性、经济性都有着严重威胁。
本文主要针对汽轮机末级叶片的水蚀问题展开研究,系统地分析了叶片水蚀的成因和机理,从叶片的设计理念、运行工况、选材、结构和刚性等方面总结了防止或减轻水蚀的防护措施。
本课题以综合解决秦山二期650MW核电机组低压缸末级叶片出现的水蚀问题为目标,在理论和试验研究的基础上,联系运行实践,通过对各种修复及防护方法的对比,找到尽可能合理可行的水蚀叶片修复和减轻叶片水蚀的办法,致力于实际问题的解决,以实现公司效益的最大化。
论文根据叶片水蚀机理、防护措施和秦山二期650MW汽轮机低压缸末级叶片具体情况的综合分析,确定水蚀叶片的修复方法采用钎焊法更换司太立合金片的方法解决,为了验证司太立合金片钎焊的可靠性,在哈尔滨汽轮机厂进行了现场试验。本文针对在秦山二期核电站现场实施的要求,制定了叶片水蚀程度评估标准、现场更换工艺规范、操作程序和质量评定标准等,并依据此对水蚀叶片进行了修复及更换司太立合金片的工作。
经过运行一个周期后的实际效果比较,证明更换末级叶片司太立合金片的方法是可行的,有利于提高电厂经济性,同时也表明,本文提出的水蚀程度评判标准、修复工艺、操作规程和质量评判标准都是合理的,对于核电厂汽轮机末级水蚀叶片现场实施修复过程具有较好的指导作用。
Water erosion occurs frequently at the last stage blades of saturated steam turbine in PWR power plant. The erosion in blades would induce unexpected transient during plant operation, threatening the safety and economy of plant. The author systematically analyzed the factors affecting erosion rate in the aspects of designing, operation, material, structure and rigidity. Methods for erosion protection were summarized based on the survey of literatures, aiming at maximizing the performance of the nuclear power plant.
The objective of this thesis was to find the general means to solve the problem of erosion of last stage blades of QINSHAN Phase II Nuclear Power Plant. By comparison of various methods of erosion protection and repair of the eroded blades, braze welding was decided to be utilized to as the priority method to repair the eroded blades. The process for braze welding was verified in Harbin Turbine Co. Ltd., before on-site execution. Criteria and procedures for evaluation of the extent of erosion on the blade, as well as the process for on-site replacement of the stellite strip and methods for quality assurance of repair activity, have been set before performing the repair action. Accoring to the pre-determined procedures, eroded blade repair and stellite strip replacement action were performed during the previous refueling outage.
After one operation cycle, the replaced Stellite strip on the Last Stage Blades were inspected during outage. It was confirmed that degree of water erosion on the replaced strip satisfiable to the technical requirement, proving that the proposed evaluation criteria, repairing process, procedures and quality assurance of the eroded blade are practicable, and can be adopted as the guidance for on-site assessment and repair of eroded turbine last stage blades.
本文主要针对汽轮机末级叶片的水蚀问题展开研究,系统地分析了叶片水蚀的成因和机理,从叶片的设计理念、运行工况、选材、结构和刚性等方面总结了防止或减轻水蚀的防护措施。
本课题以综合解决秦山二期650MW核电机组低压缸末级叶片出现的水蚀问题为目标,在理论和试验研究的基础上,联系运行实践,通过对各种修复及防护方法的对比,找到尽可能合理可行的水蚀叶片修复和减轻叶片水蚀的办法,致力于实际问题的解决,以实现公司效益的最大化。
论文根据叶片水蚀机理、防护措施和秦山二期650MW汽轮机低压缸末级叶片具体情况的综合分析,确定水蚀叶片的修复方法采用钎焊法更换司太立合金片的方法解决,为了验证司太立合金片钎焊的可靠性,在哈尔滨汽轮机厂进行了现场试验。本文针对在秦山二期核电站现场实施的要求,制定了叶片水蚀程度评估标准、现场更换工艺规范、操作程序和质量评定标准等,并依据此对水蚀叶片进行了修复及更换司太立合金片的工作。
经过运行一个周期后的实际效果比较,证明更换末级叶片司太立合金片的方法是可行的,有利于提高电厂经济性,同时也表明,本文提出的水蚀程度评判标准、修复工艺、操作规程和质量评判标准都是合理的,对于核电厂汽轮机末级水蚀叶片现场实施修复过程具有较好的指导作用。
Water erosion occurs frequently at the last stage blades of saturated steam turbine in PWR power plant. The erosion in blades would induce unexpected transient during plant operation, threatening the safety and economy of plant. The author systematically analyzed the factors affecting erosion rate in the aspects of designing, operation, material, structure and rigidity. Methods for erosion protection were summarized based on the survey of literatures, aiming at maximizing the performance of the nuclear power plant.
The objective of this thesis was to find the general means to solve the problem of erosion of last stage blades of QINSHAN Phase II Nuclear Power Plant. By comparison of various methods of erosion protection and repair of the eroded blades, braze welding was decided to be utilized to as the priority method to repair the eroded blades. The process for braze welding was verified in Harbin Turbine Co. Ltd., before on-site execution. Criteria and procedures for evaluation of the extent of erosion on the blade, as well as the process for on-site replacement of the stellite strip and methods for quality assurance of repair activity, have been set before performing the repair action. Accoring to the pre-determined procedures, eroded blade repair and stellite strip replacement action were performed during the previous refueling outage.
After one operation cycle, the replaced Stellite strip on the Last Stage Blades were inspected during outage. It was confirmed that degree of water erosion on the replaced strip satisfiable to the technical requirement, proving that the proposed evaluation criteria, repairing process, procedures and quality assurance of the eroded blade are practicable, and can be adopted as the guidance for on-site assessment and repair of eroded turbine last stage blades.
引文
1 李诗卓,董祥林,材料的冲蚀磨损与微动磨损[M ],北京,机械工业出版社, 1987
2 鄢宇鹏,孙 弼,蔡颐年,汽轮机动叶片水蚀问题的研究 [ J ],汽轮机技术, 1994, 36 (5),P307-P316
3 RAO J S. App lication of fracture mechanics in the failure a2 nalysis of a last stage steam turbine blade[ J ]. Mech. Mach. Theory, 1998, 33: 5992602
4 秦华魂,叶片水蚀危险性的分析计算,汽轮机技术,第 49 卷第 1 期,2007 年 2 月,P35-P36
5 郭玉双,夏永军,对汽轮机末级叶片实施防水蚀保护的实践体会,发电设备,2004(3),P149-P151
6 虞 挺 汽轮机叶片断裂分析 (宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司, 上海 200431)
7 Dip l. 2lng, 等. 由于蒸汽机末级叶片出汽侧冲蚀而引起的叶片断裂(德文) [J ]. M asch inenbautechnik, 1967 (16) : l. s. 25
8 李霞,大型汽轮机末级叶片发展及事故分析,内蒙古科技与经济,第 3 期总第 133 期, 2007 年 2 月,
9 刘志江,刘向民,李连相,近年我国大型汽轮机末级长叶片的冲蚀损伤,动力工程,第23 卷,第 1 期,2003 年 2 月,P2201-P2204
10 Sieverding C H. Recent Progress in the Understanding of Basic As pects of Secondary Flows in Turbine B ladePassages [J ] . ASME J of Engineering for Gas Turbine andPower , 1985 , 107 (2) : 245～257
11 杨建道,新型大功率汽轮机中压马刀型叶片的技术开发,热力透平,第 35 卷第 1 期 , 2006 年 3 月,P14 –P17
12 HN642-641 型汽轮机主机说明书,哈尔滨汽轮机厂,2000 年
13 汪洋,核电半转速汽轮机末级长叶片的设计研究,汽轮机技术,第 46 卷第 1 期,2004 年 2 月,P12-P14
14 HN642-641 型汽轮机主机热力计算书,哈尔滨汽轮机厂,2000 年
15 石道中主编.汽轮机设计基础.机械工业出版社,1988
16 西安交通大学涡轮机教研室.蒸汽轮机原理.西安交大印刷厂,1974
17 许乃同,汽轮机末级叶片水蚀及水滴分离条件,华北电力,第 9 卷第 3 期,P1-P6
18 鄢宇鹏,孙弼,蔡颐年,汽轮机动叶片水蚀问题的研究 [ J ],汽轮机技术, 1994, 36 (5) P307-P316
19 鄢宇鹏,孙弼,蔡颐年,汽轮机动叶片水蚀问题的研究,汽轮机技术,第 35 卷第 5 期,1994 年 10 月 P307-P316
20 贾晓梅,汽轮机末级叶片的水蚀机理及防护措施,沈阳电力高等专科学校学报,第 3卷第 1 期,2001 年 1 月,P25-P26
21 马勇,核电汽轮机去湿和防水蚀研究,汽轮机技术,第 49 卷第 4 期,2007 年 8 月,P277-P279
22 李劲松,汽轮机低压叶片材料的选择,汽轮机技术,第 45 卷第 3 期,2003 年 6 月,P187-P189
23 赵著,0Cr17Ni4Cu4Nb 不锈钢动态力学性能研究,材料科学与工程学报,第 25 卷,第 3期,P418-P421
24 杨雪春,热处理对耐热马氏体不锈钢 0Cr17 Ni4Cu4Nb 性能的影响,长沙大学报,第 20 卷 第 5 期,2006 年 9 月,P-P
25 杨晓辉,核电汽轮机通流去湿、防侵腐蚀措施,电站系统工程,第 23 卷第 2 期,P53-P54
26 汪洋,核电半转速汽轮机末级长叶片的设计研究,汽轮机技术,第 46 卷第 1 期,P12-P15
27 谢国胜,汽轮机末级叶片水蚀防护措施,湖南电力,第 26 卷 2006 年第 5 期,P37-P39
28 杜绶,汽轮机末级叶片高频淬硬防水蚀工艺试验,机械工程师,2007 年第 5 期,P135-P136
29 王茂才,先进的燃气轮机叶片激光修复技术,燃气轮机技术,2001 年 12 月,第 14 卷第 4 期,P53 - 56
30 杨胶溪,汽轮机汽蚀叶片的激光宽带熔覆修复,应用激光,第 27 卷第 3 期,2007 年 6月,
31 王从曾,激光淬火技术的应用现状及发展[J],机械工人( 热加工), 2004,( 7),P14-P16
32 姚建华,苏宝蓉,金属表面激光处理技术及其工业应用[J ] ,电力机车技术,2002 ,25(5) ,P28 –P30
33 张俊成,650MW 核电汽轮机 P 型叶根叶片装配工艺研究,汽轮机技术,第 43 卷第 2 期,2001 年 4 月,P28 –P30
2 鄢宇鹏,孙 弼,蔡颐年,汽轮机动叶片水蚀问题的研究 [ J ],汽轮机技术, 1994, 36 (5),P307-P316
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6 虞 挺 汽轮机叶片断裂分析 (宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司, 上海 200431)
7 Dip l. 2lng, 等. 由于蒸汽机末级叶片出汽侧冲蚀而引起的叶片断裂(德文) [J ]. M asch inenbautechnik, 1967 (16) : l. s. 25
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28 杜绶,汽轮机末级叶片高频淬硬防水蚀工艺试验,机械工程师,2007 年第 5 期,P135-P136
29 王茂才,先进的燃气轮机叶片激光修复技术,燃气轮机技术,2001 年 12 月,第 14 卷第 4 期,P53 - 56
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33 张俊成,650MW 核电汽轮机 P 型叶根叶片装配工艺研究,汽轮机技术,第 43 卷第 2 期,2001 年 4 月,P28 –P30