汽轮机末级叶片超音速喷涂保护工艺在玛电的应用

汽轮机末级叶片超音速喷涂保护工艺在玛电的应用

史

磊

（新疆天山电力股份有限公司，新疆昌吉832200）

摘要：介绍了新疆玛纳斯电厂汽轮机组的运行状况，分析了其存在水蚀现象的原因，并据此提出了解决措施，最后详细阐述了超音

速喷涂保护工艺应用于4号汽轮机末级叶片的具体施工方案。

关键词：汽轮机；末级叶片；水蚀；刚度；喷涂

0引言

汽轮机叶片是将蒸汽的热能转换成机械能的重要部件，

可以说是汽轮机的心脏部件，同时也是汽轮机事故多发的关键部件，它的安全可靠性直接关系到汽轮机组的安全与经济运行。现代火力发电厂装机容量越来越高，叶片高度和蒸汽参数也越来越高，其工作条件也越来越恶劣，为了保证汽轮机组安全稳定运行，我们必须十分注重对汽轮机叶片的保护。

2012年3月，在4号机组的A级检修中，新疆玛纳斯电厂）对汽轮机低压缸末级叶片实施了超音速碳钨镀膜保护，以提高其抗水蚀性能。下面将对超音速喷涂保护工艺进行详细介绍。

1机组运行状况

玛电6台汽轮机组运行时间长短不一，其中#1、#2、#3、#4

机组投产时间18年，#5、#6号机投产时间14年。#1、#2、#4号机分别于1999年、

2000年、2001年进行了增容改造，但是所有机组（包括增容改造的1、2、4号机）在A级检修中都发现低压缸末级、次末级叶片进汽边靠近叶顶部分出现无数个蜂窝小坑，有的进汽边甚至变成了锯齿形。这些都是由水蚀作用造成的，水蚀坑深度一般达到1～2mm，严重的机组水蚀坑深度甚至超过2mm。

2水蚀现象的原因分析

水蚀是蒸汽中分离出来的水滴对叶片造成的一种机械损

伤。高温高压的新蒸汽在汽轮机各级叶轮做完功后，温度、压力大为降低，湿度明显增大，从湿蒸汽中分离出来的水分依靠惯性、漩涡扩散、漩涡撞击等作用在隔板静叶片上，集结起来形成水膜。由主汽流作用将水膜撕裂，形成水滴。由于水滴的速度远低于蒸汽的速度，因此在进入动叶片时就会撞击叶片入口侧背弧，而且叶顶圆周速度越高，水滴撞击叶片的速度也越高。这就是汽轮机低压转子次末级、末级叶片靠近叶顶处发生水蚀造成叶片呈蜂窝状的原因。

100MW汽轮机组末级叶片长度为665mm，末级叶轮最大直径2665mm。正常运行时，末级叶轮叶顶处线速度达到418.6m／s。叶片以此高速长期频繁撞击水滴，所受损伤非常大。由于水蚀严重，叶片靠顶部分厚度变薄，强度、刚度减弱，而次末级、末级叶片由于直径大，速度高，叶片产生的离心力巨大，当叶片水蚀严重到一定程度，叶片的强度不足以抵消离心力产生的拉应力，将会造成叶片损伤、断裂，严重影响机组安全运行。另外，水蚀的产生，使蒸汽在叶轮流道内阻力增大，汽轮机机械损失增大，降低汽轮机效率。

3解决水蚀现象的措施

解决叶片水蚀问题一般有两种方法：一是减少破坏因素，二

是增强防御能力。减少破坏因素主要是减少蒸汽的湿分以及降低水滴对叶片的作用力等。如增加去湿装置、改善汽动设计等。

针对玛电上述问题，上海某公司提供了汽轮机叶片超音速喷涂保护工艺。其原理就是采用洁净、

高压的蒸汽与热焓值大的丙烯气体及高压氧气，通过特殊设计的喷枪，以6000m／s的速度产生高速气流，在氮气保护下，金属陶瓷微粒被注入燃气流内加速，形成致密的金属陶瓷保护层。由于粒子的飞行速度很高（达到750m／s），粒子目数、温度很低，因此金属陶瓷保护层具有结合强度高、

空隙率低、氧化物含量少等特点。该方案针对汽轮机低压转子叶片水蚀发生的机理，采用美国DELOROSTELLITE公司生产的JK135金属陶瓷微粒，其具有优越的耐高温氧化、耐汽蚀性能，粒子数目为325／D。其黏合强度可达65MPa以上，致密度超过99%，可以有效防止叶片水蚀的发生。

4具体施工方案

2012年3月，在该公司4号机组A级检修中，由施工单位

西安某公司对4号汽轮机末级叶片进行了超音速喷涂保护。具体施工方案如下：4.1施工前准备工作

4.1.1

搭建工作棚

4号汽轮机解体后，待修前测量工作结束，将汽轮机低压转子吊至4、5号机0m空旷位置，现场搭建专用工作棚，避免噪音及粉尘影响正常工作。4.1.2

确定具体保护部位

根据叶片水蚀状况，结合施工人员经验，确定了具体的喷涂保护部位。即：低压转子末级叶片进汽边的凹弧侧和背弧侧宽度均为28mm，从叶顶开始向叶根方向长440mm的区域为喷涂保护部位。4.1.3

区域隔离

由施工人员制作喷涂挡板，将转子上不需喷涂的部位隔离，避免对非喷涂区域造成影响。4.1.4

连接管路，调试设备

电厂配合施工人员办理好压缩空气联系单并连接好压缩空气管路。4.2施工过程

4.2.1

喷涂区域进行毛化处理

喷涂前进行表面毛化处理是为了消除叶片表面疲劳层及氧化层，增加叶片与涂层的结合强度。毛化处理采用压缩空气（使用专用过滤器进行去油、除水，以防止对喷涂区域造成污染），将

36号棕刚玉砂高速喷射到喷涂区域表面，

（下转第103页）机电信息2012年第33期总第351期101

（以下简称玛电

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