浅谈我国发电厂汽轮机叶片故障分析、预防及修复 措施

浅谈我国发电厂汽轮机叶片故障分析、预防及修复措施

发表时间：2016-12-08T16:04:07.150Z 来源：《基层建设》2016年26期9月中作者：徐公庆[导读] 摘要：在我国制造技术与装备能力迅速升的今天，对电站汽轮机的维修，尤是作为关键部件的动叶片的维修与制造，在经济与资源综合利用等方具有突出的效益。

大唐鲁北发电有限责任公司

摘要：在我国制造技术与装备能力迅速升的今天，对电站汽轮机的维修，尤是作为关键部件的动叶片的维修与制造，在经济与资源综合利用等方具有突出的效益。由于汽轮机叶片工作条件恶劣，受力情况复杂，一发生断裂事故其后果又十分严重，是以在每次汽机的大修中对每一叶片要进行无损检测，如发现叶片有损或缺陷超标、扩展的现象，就必须时有效采取措施予以解决。因此必须对汽轮机叶片的叶片故障的常见原因有全面深刻的了解，并熟悉叶片常用的预防及修复措施。

关键词：汽轮机；叶片故障分析；预防；修复措施

1，叶片断落的现象

汽轮机内部或凝汽器内部有突然的响声。

机组发生强烈振动或振动明显增大，这是由于转子平衡被破坏或转子与断裂叶片发生碰撞摩擦所致。有些较大容量的机组，叶片断裂发生在高中压转子的中间级，机组的振动虽没有明显的变化，但停机和启动过临界转速附近时机组的振动明显地变大。

叶片断落后落入凝汽器内，会将凝气器的铜管打破。循环水漏入，使凝结水硬度和导电度突增，凝汽器水位迅速升高，凝结水泵点击的电流增大。

当叶片损坏较严重而且较多时，由于通流部分的尺寸发生变化，蒸汽流速、调节阀开度和监测段压力等同功率的关系将发生改变断落的叶片进入抽汽管，会使抽汽逆止阀卡涩。

停机过程中听到机内有金属摩擦声，惰走时间减少。

2.叶片损坏的原因

2.1.叶片本身的原因

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。

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。叶片铆头和周围带汤裂事故发生的情况也不在少数。

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。

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，都能引起应力集中，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。

2.2．运行方面的原因

偏离额定频率运行。汽轮机叶片的振动特性都是按运行频率为50HZ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，使叶片加速损坏和断裂。

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。

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，截面减小，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，这同样能引起叶片损坏。

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。

3．叶片故障原因分析

引起叶片事故的原因常常是很复杂的，是由多方面的原因决定的，但其中必有一种是起主要作用的。分析叶片事故应当抓住主要问题，应从以下几个方面考虑。

检查叶片损坏情况。事故发生后，应首先检查事故的范围和情况，断落的叶片及连接件等应尽可能找出来。根据损坏情况、断裂位置及断面特征，初步分析事故起因。

分析损坏叶片的折断面。当叶片因应力过大而断落时，断面粗糙呈颗粒状，并有断面收缩现象。当叶片因共振而疲劳损坏时，叶片断面呈现明显的疲劳线。叶片在共振状态下运行一段时期后，材料就会疲劳。首先是出现极细微的裂纹，随后这些裂纹合并为较大的裂纹，随着时间的增长，疲劳裂纹逐渐扩大，当叶片剩下的没有损坏的截面不再能承受住蒸汽弯曲应力和离心力所产生的应力时，叶片便被拉断。

分析运行及检修资料。检查事故发生前的运行工况有无异常，对运行检修的历史资料进行研究分析。如运行参数是否正常；曾否超载、超速；有无叶片结垢、腐蚀、水刷等情况；动静间隙是否符合标准等。

4.叶片故障诊断

4.1.叶片故障诊断方法

(1)模态分析法王谓季、张阿舟提出利用模态分析方法,通过对叶片模态刚度的变化,来判断故障的发生。模态分析方法是研究叶片振动特性保证机组安全运行所采用的一种分析测试手段。

(2)模糊模式识别诊断法通过短时傅立叶分析和小波多分辨率分析,对叶片有、无裂纹故障进行诊断。对于叶片裂纹的位置与大小,是采用模糊诊断原理,通过实测的振动信号与标准故障模式的比较求出其隶属度利用模式识别技术得到

4.2 叶片故障诊断系统

汽轮机叶片裂纹的检测是旋转机械故障诊断的一个重要内容,国内外都对此进行了广泛的研究。目前,国外研制出利用声学多普勒信号监测叶片裂纹故障的监测系统。该系统在沿叶轮的周向布置了2个高灵敏度拾音计在激光鉴相器的控制下采集叶片振动的声波信号,利用裂纹扩展导致叶片固有频率波动时产生的谐振事件来监视叶片裂纹的产生,并采用时域同步平均降噪。

5.叶片故障修复

目前在电厂的大修现场，由于缺乏在叶片修复技术规范和质量保障等方面的引导，一般多采取更换新叶片的方案；亦有一些电厂采取现场焊补的办法解决。前者的风险较小，但人力、物力的投入大，且往往要重新做整体动平衡，使大修周期延长，成本显著提高；而后者在减少人力物力的消耗和缩短大修周期等方面具有明显的优势，但其技术难度大，专业性强，且质量不易保证，致使一直未能获得推广。

与国外同行业以及当前国内对电站叶片维修技术和质量保障的需求相比，现行的“导则”在内容上存在着较大的差距，具体表现为： 1．从技术层面而言，由于叶片修复的工艺及质量要求都相当高，如靠手工操作，则修理质量难以保证。而国外在叶片修复中均已采用先进的基于计算机程序支持的机械手操作，保证了叶片维修水平及质量的一致和稳定。 2．从专业化层面来说，叶片维修过程涉及数十道工序,且随叶片损坏情况的不同而不同。国外已建立了专业的叶片维修厂和专业的维修人员，而国内尚缺乏足够规模的维修队伍。因此，国内电厂仍处于检修中发现问题临时组织“攻关”的方式，从而使维修工艺和质量均不规范、不稳定。

结束语

汽轮机叶片损坏事故的原因是复杂的，该类事故给企业造成的损失也是非常大的。轻则使机组无法正常运行，维护时间和成本增加，使机组的经济效益受到影响。严重时，可能造成机组整级叶轮损坏，甚至整台机组的报废，其危性是极大的。只有在对叶片损坏原因的详细分析后，才能制订出有效的预防措施，从根本上减少此类事故的发生。同时加强检修、运行人员的培训，增强企业员工的专业技能，保证机组的安全、高效运行。