叶片断裂

汽轮机叶片断裂
汽轮机叶片断裂可以分为短期超载疲惫损坏、长期疲惫损坏、高温疲惫损坏、应力疲惫损坏、腐蚀疲惫损坏、接触疲惫损坏等六钟。

1、期超载疲惫损坏
这种损坏是指叶片受到外加较大应力或受到较大激振力，而振动次数低于107次就发生断裂的机械疲惫损坏。

如叶片受到水击而承受较大的应力，或因转子不平引起振动及安装不良存在周期力等较大的低频激振力，当这些力引起叶片共振时，叶片会很快断裂。

叶片短期超载疲惫损坏的宏观特征为：断面粗糙，疲惫前沿线（即贝壳纹）不明显，断面上疲惫区面积小于最终静撕断区面积；经受水击而损坏的叶片的断面呈“人”字形纹络特征。

防止短期超载疲惫损坏的主要方法是：防止水击，作好消除低频共振的调频及在正常周波下运行。

2、长期疲惫损坏
长期疲惫损坏是指叶片运行中承受低于疲惫强度极限而应力循环次数又远高于107次发生的一种机械疲惫损坏。

造成长期疲惫损坏的原因有：叶片或叶片组在高频激振力作用下引起的共振损坏；叶片表面缺陷处出现局部应力集中而发生的疲惫损坏；低频率运行、超负荷运行使某些级的叶片应力升高导致提早损坏等等。

长期疲惫损坏在电厂叶片断裂事故中最为常见。

防止长期疲惫损坏的办法是：按规定避开高频激振力共振范围，提高叶片加工质量和改善运行条件。

如防止低周波、超负荷运行，防止腐蚀和水击等。

3、高温疲惫损坏
高温疲惫损坏是指由蠕变和疲惫共同作用所形成的介于静应力产生的蠕变和动应力产生的疲惫之间的一种损坏形式。

裂纹源部位呈蠕变现象，断裂性质为持久断裂和疲惫断裂的组合，而且往往伴随着材料组织的变化。

高温疲惫损坏裂纹基本上是穿晶的，断口宏观貌有贝壳花纹，断口微观貌有较厚的氧化皮。

高温疲惫损坏发生在高压缸前几级叶片、中间再热式汽轮机中压缸前几级叶片以及中压汽轮机的调速级叶片。

防止高温疲惫损坏的主要措施是：选用高温性能好的金属来制造处于高温下工作的叶片，防止叶片共振，防止叶片径向和轴向相摩擦等。

4、应力腐蚀损坏
产生应力腐蚀的主要原因是：首先，金属晶界偏析，析出碳化物，出现贫铬区，使晶界腐蚀；其次，应力作用；然后，高浓度盐的腐蚀。

应力腐蚀主要发生在2Cr13钢制造的末级叶片上。

其断口形貌呈颗粒状，微观形态是沿界裂纹，断面上有滑移台阶，并有细小腐蚀坑。

防止叶片应力腐蚀损坏的只要措施是：改善汽水品质、提高叶片材质、降低叶片动应力等。

5、腐蚀疲惫损坏
腐蚀疲惫损坏是叶片在腐蚀介质中受交变应力作用而引起的疲惫损坏。

如损坏是以机械疲惫为主，则裂纹发展迅速，裂纹为穿晶型；如损坏是以应力腐蚀为主，则裂纹发展较慢，裂纹主要是沿晶型。

防止腐蚀疲惫损坏的主要措施是：提高叶片材质耐腐蚀性；降低交变应力水平；改善汽水品质。

6、接触疲惫损坏
接触疲惫损坏是由于叶片根部松动，叶根参加振动，使叶根之间或叶片与叶轮机接触面产生往复微量相对摩擦运动而造成的一种机械损坏。

由于摩擦表面材料晶体滑移和硬化，使硬化区内产生许多平行的显微裂纹，并不断扩展，从而引起疲惫断裂。

摩擦裂纹和摩擦硬化现象同时并存是接触疲惫损坏的主要基本特征。

摩擦硬化和摩擦裂纹仅存于接触部位表面。

防止接触疲惫的主要措施是：改善叶片接触面的紧贴程度，增加接触面积以防止接触点接触的应力集中，消除或减弱调频叶片的振动力。

如何预防叶片的断裂二造成的重大事故？
叶片断裂的象征
（1）当单个叶片或围带断落飞出时，将发生金属撞击声。

（2）当调节级围带飞脱时，如果堵在下一级叶片上或调节级后某级叶片断落时通流部分堵塞，都将使调节级汽室压力或某些抽汽压力升高；低压末级叶片或围带飞脱落入凝汽器内时，在凝汽器内有碰击声，若打坏凝汽器铜管子，致使凝结水硬度和导电率突增，热井水位增高，且凝结水过冷却度随之增大；当叶片不对称脱落较多时，使转子不平衡，引起机组振动明显增大。

预防措施
1。

电网应保持正常频率运行，避免低频率运行，以免叶片处于共振范围内工作。

2。

汽轮机的初终蒸汽参数及抽汽压力超过规定范围时，相应减负荷；
3。

不要长时间在仅有一个调节汽阀全开的负荷下运行；
4。

当汽轮机内部发出撞击声，而且机组振动突然增大时，应立即停机检查，以免事故扩大；5。

在机组大修时，应全面检查通流部分损伤情况，叶片存在的缺陷要及时处理。

进行叶片测频，若振动特性不合格时，要进行调频处理
叶片损坏的原因很多，总结如下三个方面：
1．叶片本身的原因1)振动特性不合格。

由于叶片频率不合格，运行时产生共振而损坏者，在汽轮机叶片事故中为数不少。

如果扰动力很大，甚至运行几个小时后即能发生事故。

这个时间的长短，还和振动特性、材料性能以及叶片结构、制造加工质量等有关。

2)设计不当。

叶片设计应力过高或栅结构不合理，以及振动强调特性不合格等，均会导致叶片损坏。

个别机组叶片甚薄，若铆钉应力较大，则铆装围带时容易产生裂纹。

叶片铆头和围带汤裂事故发生的情况也不在少数。

3)材质不良或错用材料。

材料机械性能差，金属组织有缺陷或有夹渣、裂纹等，叶片经过长期运行后材料疲劳性能及衰减性能变差，或因腐蚀冲刷机械性能降低，这些都导致叶片损坏。

4)加工工艺不良。

加工工艺不严格，例如表面粗糙度不好，留有加工刀痕，扭转叶片的接刀处不当，围带铆钉孔或拉金孔处无倒角或倒角不够或尺寸不准
确等，能引起应力集中，从而导致叶片损坏。

有时低压级叶片为了防止水蚀而采用防护措施，当此措施的工艺不良时能使叶片损坏。

国内由于焊接拉金或围带安装工艺不良引起的叶片事故较多，应引起重视。

设计的，因此电网频率降低时，可能使机组叶片的共振安全率变化而落入共振动状态下运行，使叶片加速坏和断裂。

2)过负荷运行。

一般机组过负荷运行时各级叶片应力增大，特别是最后几级叶片，叶片应力随蒸汽流量的增大而成正比增大外，还随该几级焓隆的增加而增大。

因此机组过荷运行时，应进行详细的热力和强度核算。

3)汽温过低。

新蒸汽温度降低时，带来两种危害：一是最后几级叶片处湿度过大，叶片受冲蚀，截而减小，应力集中，从而引起叶片的损坏；二是当汽温降低而出力不降低时，流量热必增加，从而引起叶片的过负荷，这同何况能引起叶片损坏。

4)蒸汽品质不良。

蒸汽品质不良会使叶片结垢，造成叶片损坏。

叶片结垢使通道减小，造成级焓降增加，叶片应力增大。

另外结垢也容易引起叶片腐蚀，使强度降低。

5)真空过高或过低。

真空过高时，可能使末级叶片过负荷和湿度增大，加速叶片的水蚀，容易引起叶片的损坏。

另外，真空过低仍维持最大出力不变时，也可能使最后几
坏。

7)机组振动过大。

8)起动、停机与增减负荷时操作不当，如改变速度太快，胀差过大等，使动静部分发生摩擦，导致叶片损坏。

9)停机后主汽阀关闭不严而未开启疏水阀，有可能使蒸汽漏入机内，引起叶片腐蚀等。

3．检修方面的原因属于检修不当的主要原因有：动静间隙不合标准，隔板安装不当，起吊搬运过程中碰伤损坏叶片，或机内和管道内留有杂物等。

新安装机组管道冲洗不干净，通流部分零件安装不牢固，运行时有型砂异物或零件松脱等，有可能打坏叶片。

检修中对叶片拉金、围带等的修理要特别注意，过去曾因拉金和叶片银焊时发生过热而叶片断裂的事故为数不少，而且对这种事故的原因一般较难分析。

此外，调节系统不能维持空负荷运行，危急
情况等，均能使机组严重超速而引起叶片损坏。

预防措施：(1)在运行管理，特别是电网频率的管理方面，应采取以下措施： 1)电网应保持在定额频率和正常允许变动范围内稳定运行。

根据叶片损坏事故的分析统计，电网频率偏离正常值是造成叶片断裂的主要原因，因此对频率的管理极为重要。

2)避免机组过负荷运行，特别是防止既是低频率运行又是过负荷运行。

对于机组的提高出力运行，必须事先对机组进行热力计算和对主要部件进行强度核算，并确认强度允许后才可，否则是不允许的。

3)加强运行中的监视。

机组起停和正常运行时，必须加强对各运行参数(例如汽压、汽温、出力、真空等)的监视，运行中不允许这些参数剧烈波动。

严格执行规章制度，起停必须合理，防止动静部件在运行中发生摩擦。

近年来，大容量机组不断增加，由于运行和起停操作复杂，这些机组发生水击而损坏叶片的情况为数不少。

另外，由于大机组末几级使用长叶片，水蚀也是一个威胁。

4)加强汽水品质监督，防上叶片结垢、腐蚀。

5)经常倾听机内声音，检查振动情况的变化，分析各级汽压数值和凝结水水质情况若出现断叶征象，如通流部分发
生可疑响声，机组出现异常振动，在负荷不变或相对减小情况下中间级汽压升高或凝结水硬度升高，导电度突然增大等，应及时处理，避免事故扩大。

6)停机后加强对主汽阀严密性的检查，防止汽水漏入汽缸。

停机时间较长的机组，包括为消除缺陷安排的工期较长的停机，应认真做好保养工作，防止通流部分锈蚀损坏。

(2)在检修管理方面应采取如下措施： 1)
动特性进行全面测定。

对不调频叶片，要检验频率分散率；对调频叶片，除分散率外，尚需鉴定其共振安全率。

对调频叶片，若发现叶片落人共振状态，应尽快采取措施，按实际情况进行必要的调整。

3)检修中认真仔细地对各级叶片及其拉金、围带等进行检查。

发现有缺陷或怀疑缺陷有时，应进行处理并设法加以消除。

对具有阻尼拉金的叶片，要特别细心检查，必须保持阻尼拉金的完好。

在检查过程中，如果怀疑叶片或叶根有裂纹，则要进行必要的探伤。

目前，采用超声波探伤，不仅能检查叶片和叶轮等部件的表面有无裂纹存在，而且能对叶根在轮槽内部的部位进行探伤，检查叶根有无裂纹。

4)严格保证叶片检修工艺质量。

检修中除换新叶片的工艺质量必须良好以外，其他一般拉金银焊工艺、型线变化处的圆角或倒角等均应保证工艺质量良好。

调换或重装叶片，应严格执行检修工艺质量标准。

注意叶片铆钉头处及拉金孔处的倒角及加工粗糙度。

叶根应修刮，使接触紧密，封口片应有足够的紧力。

新装叶片的单片和成组频率，分散率应合格(即<8％)，围带铆接应保证质量良好。

5)喷嘴叶片如发现有弯曲变形，应设法校正，通流部分应清理干净，防止遗留杂物，紧固件应加松保险，以防振动脱落。

6)起吊搬运时防止将叶片碰损。

喷砂清洗时砂粒要细。

叶片和叶轮上不准用尖硬工具修刮，更严格禁止电焊。

叶片酸洗时不应将叶片冲刷过度，清洗后应将酸液清洗干净，防止腐蚀。

避免用单个叶片或叶片组来盘动转子，以免将叶片弄弯。

7)当发现叶片有时明显的热处理工艺不当而遗留下过大的残余应力时，应进行高温回火处理。

8)发现叶片断落、裂纹和各种损伤变形，要认真分析研究，找出原因，采取措施。

对损坏的叶片，行用肉眼检查有无加工不良、冲刷、腐蚀、机械损伤、扭曲变形、松动位移等异常迹象。

对断落、裂纹叶片要保留实物，保护断面。

仔细检查分析断口位置、形状、断面特征、受力状态等，并对照原始频率数据，作必要的测试鉴定。

在叶片换装、拆卸过程中，要对叶片的制造、安装质量作出鉴定。

为进一步分析损伤原因，应对断面和裂纹作出金相、硬度检验，必要时进行材料分析和机械性能试验，以确定裂纹和材质状况。

对同级无外观损伤的叶片进行探伤检验，并根据损伤叶片的原因分析总结，采取相应的处理措施，防止重复发生。

对受机械损作或摩擦损伤的叶片、除认真排除原因外，对可能造成应力集中的裂纹和缺口应进行整修，以防止缺陷扩大。

对弯扭变形叶片的加热整形要慎重，须按材质严格控制加热温度，防止超温淬硬，必要时进行回火处理，消除残余应力和淬硬组织。

对异常水刷或腐蚀造成的叶片损伤应查明原因，采取措施，消除不利因素。

叶片的焊补和焊热闹必须持慎重态度，应按不同材质制定专门焊接工艺方案，通过小型试验成功后再采用。