200MW汽轮机叶片断裂原因分析及处理
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１ 断口宏观检查分析
检查第 ２７ 级 ７０ 号断叶片的断口发现，叶片断 口处钎焊侧断口较为平齐，初步判断为断口始源 区，叶片开裂位置为合金接口处；在断口扩展区可 见疲劳辉纹特征。初步分析认为，叶片先从位于叶 片进汽边背弧从下部数第２个合金片处开裂（每只叶 片共钎焊有６片合金片），紧接着叶片开裂部位高频 振动、上下研磨，有光亮部分出现，约占断口横断 面 １／３；发展过程中后部有晶粒状灰色出现，叶片 出汽边有撕拉剪切形状，为裂纹最后断裂区。７０ 号 断叶片挣脱 ６９，７１ 号围带的束缚，同时由于叶轮的 转动，６９ 号叶片撞击 ７０ 号叶片接着又撞击 ７１ 号叶 片，致使６５～７０号叶片之间发生强烈的外部激振力 和不均匀的气流扰动力的作用，使围带薄弱的地方
（收稿日期：２００８－０８－３０）
２９
编号
表 ２ 钎焊区附近硬度分布 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
硬度（ＨＶ） ２４３ ２４２ ２３５ ２５１ ２４３ ２４７ ２４７ ２５３ ２３３ ２３６
２．４ 围带试验情况 对围带进行金相分析，其组织为回火索氏体和
δ铁素体，其中δ铁素体含量偏高，如图 ２ 所示。δ 铁素体在一定程度上可能引起材料脆性增大。 ２．５ 叶片频率测试
节径 ｍ ０ １ ２
３
４
５
６
频率／ Ｈ ｚ ８０ １１５ １４０ １５５ １７４ １８３ １９０
表 ５ 更换叶片后第 ２７ 级叶片振动频率测试（２００５－０３－１４）
节径 ｍ ０ １ ２
３
４
５
６
频率／ Ｈ ｚ ８３ １１６ １４１ １５５ １７５ １８５ １９２
综合上述分析结果认为，叶片断裂原因一方面
是司太立合金片下面叶片处发现大量孔洞，该孔洞
为叶片因水蚀所形成的疏松孔穴，所以贴司太立合
金片时水蚀部位打磨不彻底；另一方面是司太立合
金片接口处存在较大程度的应力集中，因而在司太
立合金片接口处产生裂纹始源点，叶片在各种交变
应力的作用下裂纹扩展到整个叶片，致使叶片疲劳
断裂。
３ 改进处理
通过对围带进行金相分析，发现围带金相组织 内δ铁素体含量偏高，可能在一定程度上引起材料 脆性增大；同时围带和叶片的铆钉链接，存在铆钉 应力不均现象，致使叶片运行可靠性差，建议对拱 形围带连接的叶片级改为目前新型的自带冠进汽侧 防水蚀处理的整圈连接形式叶片，提高机组运行状 态下叶片的连接刚性和减振性能。该发电公司在机 组大修中更换了新型的自带冠整圈连接形式叶片， 保证了机组的运行安全。
为了检查断裂叶片的中压转子第 ２７ 级其他叶 片频率是否会在共振范围内，并且评价其运行的安
图 ２ 围带试验结果
表 ３ 大修中第 ２７ 级叶片振动频率测试（２００４－１１－１０）
节径 ｍ ０ １ ２
３
４
５
６
频率／ Ｈ ｚ ８２ １１７ １４３ １５７ １７５ １８６ １９２
表 ４ 更换叶片前第 ２７ 级叶片振动频率测试（２００５－０３－１３）
拉裂拉断，７０ 号断叶片从出汽边滑出打伤 ３１，３２， ３３，５９，６０ 号叶片。
２ 叶片断裂原因分析
２．１ 化学成分分析 叶片材质为２Ｃｒ１３，对叶片进行化学成分分析，
试验结果符合 ＧＢ／Ｔ １４２０３－９３，ＧＢ ８７３２－２００４ 标 准要求，具体数据如表 １ 所示。
表 １ 叶片化学成分
Ｓ 事 故 分 析 ｈｉｇｕｆｅｎｘｉ
电力安全技术
第１１ 卷 （２００９ 年第 ４ 期）
２００ ＭＷ 汽轮机叶片断裂原因分析及处理
吴立民，张晓昱 （河北省电力研究院，河北 石家庄 ０５００２１）
某发电公司汽轮机采用东方汽轮机厂生产的 Ｎ２００－１２．５／５３５／５３５ 型、单轴、三缸三排汽、一次 中间再热、凝汽式汽轮机。２００５－０３－０９Ｔ１５：３９，机 组运行负荷 １７０ ＭＷ，３ 号瓦振动突然增大，振动最 大幅度达 ９２０μｍ，随即紧急停机检查，发现机组中 压转子末级 ７０ 号叶片在距叶片顶部 １５５ ｍｍ 司太立 合金片钎焊处，沿叶片横截面发生断裂，６５～６６ 号 及 ６９～７１ 号间的围带断裂。
封堵，不留小动物栖息之地。 （３） 在户内大面积立体交叉布置敷设渔网，实
践证明效果显著。 （４） 在户内外裸母排和小动物活动频繁地区的
主变 ３５ ｋＶ 母线桥包扎绝缘热缩护套，进行综合绝 缘防护，可减少该类事故的发生。
（５） 了解小动物的生活习性和活动规律，有针 对性的采取预防措施。
（６） 在全公司进行变电站防小动物 ３ 项措施的 全面检查，对变电站特别是对高压室地面所有孔 洞、穿墙套管、电容器间、电缆夹层、电缆沟、排 水管道、门窗、分电箱等位置进行彻底检查封堵，发
２８
现问题（包括不符合运行要求的门锁结构）必须予以 彻底解决。
（７） 制定防止小动物进入高压室的管理措施， 采取“堵、隔、驱、灭”等多种手段，切实落实“防 小动物侵害”措施。
（８） 加强运行基础管理工作，提高工作质量，加 强设备巡视，进一步落实运行人员岗位责任制，尽 职尽责地做好本职工作。
（９） 落实公司《关于防止因小动物造成电气设 备事故的紧急通知》要求，采取有效措施降低主变 压器出口突发性短路的几率。
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｓ
Ｐ
Ｃｒ
０．２０ ０．４０
０．３９
０．００６ ０．０２４ １４．０
２．２ 金相分析
沿叶片断口出汽边和进汽边取样进行了微观金
相组织检验，结果如图 １ 所示。断口叶片司太立合
金钎焊侧金相组织为带有马氏体位向的回火索氏
体，见图 １－ａ；在叶片基体与钎料结合处的叶片侧，
发现大量孔洞，见图 １－ｂ；孔洞附近可见组织变形，
（收稿日期：２００８－０９－０１）
第１１ 卷 （２００９ 年第 ４ 期）
电力安全技术
Ｓ 事 故 分 析 ｈｉｇｕｆｅｎｘｉ
号叶片断裂位置处取样进行了金相分析，其金相组 织为回火索氏体，见图 １－ｈ，断裂叶片金相组织与 其他叶片相比无太大差异。
全性，有针对性地测试第 ２７ 级更换叶片前、更换叶 片后整圈叶片 － 叶轮系统的振动频率，并且与上次 大修第２７级叶片频率测试数据进行对比分析，见表 ３～５。发现更换叶片前叶片振动频率由于叶片及围 带断裂，叶片连接刚性降低而略微降低；更换叶片 后第２７级叶片－叶轮系统的振动频率与上次大修测 试数据相一致，均避开厂家给定３个重点共振转速 范围。
ａ 合金附近叶片金相组织
ｂ 叶片合金附近孔洞
ｃ 孔洞处组织
ｄ 孔洞处组织
ｅ 夹杂物
ｆ 金相组织
ｇ 金相组织
ｈ 金相组织
图 １ 微观金相组织检验
２．３ 小负荷硬度检验 对钎焊区附近进行了小负荷硬度检验，试验结
果见表 ２。对比试验结果表明，硬度分布情况相似， 认为司太立合金钎焊对叶片材料的性能无大的影 响，材质无明显变化。
见图 １－ｃ，ｄ；同时可见夹杂物，见图 １－ｅ，为 Ｄ２
级（球状氧化物类），符合有关要求。对叶片最后断
裂区沿断口处取样，其金相组织为回火索氏体，组
织未见异常，见图 １－ｆ；对距断口向下 １５ ｃｍ 处取
样，其金相组织ຫໍສະໝຸດ Baidu回火索氏体，组织未见异常，见
图 １－ｇ。另外又对正常运行的 ６９ 号叶片相同于 ７０
检查第 ２７ 级 ７０ 号断叶片的断口发现，叶片断 口处钎焊侧断口较为平齐，初步判断为断口始源 区，叶片开裂位置为合金接口处；在断口扩展区可 见疲劳辉纹特征。初步分析认为，叶片先从位于叶 片进汽边背弧从下部数第２个合金片处开裂（每只叶 片共钎焊有６片合金片），紧接着叶片开裂部位高频 振动、上下研磨，有光亮部分出现，约占断口横断 面 １／３；发展过程中后部有晶粒状灰色出现，叶片 出汽边有撕拉剪切形状，为裂纹最后断裂区。７０ 号 断叶片挣脱 ６９，７１ 号围带的束缚，同时由于叶轮的 转动，６９ 号叶片撞击 ７０ 号叶片接着又撞击 ７１ 号叶 片，致使６５～７０号叶片之间发生强烈的外部激振力 和不均匀的气流扰动力的作用，使围带薄弱的地方
（收稿日期：２００８－０８－３０）
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编号
表 ２ 钎焊区附近硬度分布 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
硬度（ＨＶ） ２４３ ２４２ ２３５ ２５１ ２４３ ２４７ ２４７ ２５３ ２３３ ２３６
２．４ 围带试验情况 对围带进行金相分析，其组织为回火索氏体和
δ铁素体，其中δ铁素体含量偏高，如图 ２ 所示。δ 铁素体在一定程度上可能引起材料脆性增大。 ２．５ 叶片频率测试
节径 ｍ ０ １ ２
３
４
５
６
频率／ Ｈ ｚ ８０ １１５ １４０ １５５ １７４ １８３ １９０
表 ５ 更换叶片后第 ２７ 级叶片振动频率测试（２００５－０３－１４）
节径 ｍ ０ １ ２
３
４
５
６
频率／ Ｈ ｚ ８３ １１６ １４１ １５５ １７５ １８５ １９２
综合上述分析结果认为，叶片断裂原因一方面
是司太立合金片下面叶片处发现大量孔洞，该孔洞
为叶片因水蚀所形成的疏松孔穴，所以贴司太立合
金片时水蚀部位打磨不彻底；另一方面是司太立合
金片接口处存在较大程度的应力集中，因而在司太
立合金片接口处产生裂纹始源点，叶片在各种交变
应力的作用下裂纹扩展到整个叶片，致使叶片疲劳
断裂。
３ 改进处理
通过对围带进行金相分析，发现围带金相组织 内δ铁素体含量偏高，可能在一定程度上引起材料 脆性增大；同时围带和叶片的铆钉链接，存在铆钉 应力不均现象，致使叶片运行可靠性差，建议对拱 形围带连接的叶片级改为目前新型的自带冠进汽侧 防水蚀处理的整圈连接形式叶片，提高机组运行状 态下叶片的连接刚性和减振性能。该发电公司在机 组大修中更换了新型的自带冠整圈连接形式叶片， 保证了机组的运行安全。
为了检查断裂叶片的中压转子第 ２７ 级其他叶 片频率是否会在共振范围内，并且评价其运行的安
图 ２ 围带试验结果
表 ３ 大修中第 ２７ 级叶片振动频率测试（２００４－１１－１０）
节径 ｍ ０ １ ２
３
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频率／ Ｈ ｚ ８２ １１７ １４３ １５７ １７５ １８６ １９２
表 ４ 更换叶片前第 ２７ 级叶片振动频率测试（２００５－０３－１３）
拉裂拉断，７０ 号断叶片从出汽边滑出打伤 ３１，３２， ３３，５９，６０ 号叶片。
２ 叶片断裂原因分析
２．１ 化学成分分析 叶片材质为２Ｃｒ１３，对叶片进行化学成分分析，
试验结果符合 ＧＢ／Ｔ １４２０３－９３，ＧＢ ８７３２－２００４ 标 准要求，具体数据如表 １ 所示。
表 １ 叶片化学成分
Ｓ 事 故 分 析 ｈｉｇｕｆｅｎｘｉ
电力安全技术
第１１ 卷 （２００９ 年第 ４ 期）
２００ ＭＷ 汽轮机叶片断裂原因分析及处理
吴立民，张晓昱 （河北省电力研究院，河北 石家庄 ０５００２１）
某发电公司汽轮机采用东方汽轮机厂生产的 Ｎ２００－１２．５／５３５／５３５ 型、单轴、三缸三排汽、一次 中间再热、凝汽式汽轮机。２００５－０３－０９Ｔ１５：３９，机 组运行负荷 １７０ ＭＷ，３ 号瓦振动突然增大，振动最 大幅度达 ９２０μｍ，随即紧急停机检查，发现机组中 压转子末级 ７０ 号叶片在距叶片顶部 １５５ ｍｍ 司太立 合金片钎焊处，沿叶片横截面发生断裂，６５～６６ 号 及 ６９～７１ 号间的围带断裂。
封堵，不留小动物栖息之地。 （３） 在户内大面积立体交叉布置敷设渔网，实
践证明效果显著。 （４） 在户内外裸母排和小动物活动频繁地区的
主变 ３５ ｋＶ 母线桥包扎绝缘热缩护套，进行综合绝 缘防护，可减少该类事故的发生。
（５） 了解小动物的生活习性和活动规律，有针 对性的采取预防措施。
（６） 在全公司进行变电站防小动物 ３ 项措施的 全面检查，对变电站特别是对高压室地面所有孔 洞、穿墙套管、电容器间、电缆夹层、电缆沟、排 水管道、门窗、分电箱等位置进行彻底检查封堵，发
２８
现问题（包括不符合运行要求的门锁结构）必须予以 彻底解决。
（７） 制定防止小动物进入高压室的管理措施， 采取“堵、隔、驱、灭”等多种手段，切实落实“防 小动物侵害”措施。
（８） 加强运行基础管理工作，提高工作质量，加 强设备巡视，进一步落实运行人员岗位责任制，尽 职尽责地做好本职工作。
（９） 落实公司《关于防止因小动物造成电气设 备事故的紧急通知》要求，采取有效措施降低主变 压器出口突发性短路的几率。
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｓ
Ｐ
Ｃｒ
０．２０ ０．４０
０．３９
０．００６ ０．０２４ １４．０
２．２ 金相分析
沿叶片断口出汽边和进汽边取样进行了微观金
相组织检验，结果如图 １ 所示。断口叶片司太立合
金钎焊侧金相组织为带有马氏体位向的回火索氏
体，见图 １－ａ；在叶片基体与钎料结合处的叶片侧，
发现大量孔洞，见图 １－ｂ；孔洞附近可见组织变形，
（收稿日期：２００８－０９－０１）
第１１ 卷 （２００９ 年第 ４ 期）
电力安全技术
Ｓ 事 故 分 析 ｈｉｇｕｆｅｎｘｉ
号叶片断裂位置处取样进行了金相分析，其金相组 织为回火索氏体，见图 １－ｈ，断裂叶片金相组织与 其他叶片相比无太大差异。
全性，有针对性地测试第 ２７ 级更换叶片前、更换叶 片后整圈叶片 － 叶轮系统的振动频率，并且与上次 大修第２７级叶片频率测试数据进行对比分析，见表 ３～５。发现更换叶片前叶片振动频率由于叶片及围 带断裂，叶片连接刚性降低而略微降低；更换叶片 后第２７级叶片－叶轮系统的振动频率与上次大修测 试数据相一致，均避开厂家给定３个重点共振转速 范围。
ａ 合金附近叶片金相组织
ｂ 叶片合金附近孔洞
ｃ 孔洞处组织
ｄ 孔洞处组织
ｅ 夹杂物
ｆ 金相组织
ｇ 金相组织
ｈ 金相组织
图 １ 微观金相组织检验
２．３ 小负荷硬度检验 对钎焊区附近进行了小负荷硬度检验，试验结
果见表 ２。对比试验结果表明，硬度分布情况相似， 认为司太立合金钎焊对叶片材料的性能无大的影 响，材质无明显变化。
见图 １－ｃ，ｄ；同时可见夹杂物，见图 １－ｅ，为 Ｄ２
级（球状氧化物类），符合有关要求。对叶片最后断
裂区沿断口处取样，其金相组织为回火索氏体，组
织未见异常，见图 １－ｆ；对距断口向下 １５ ｃｍ 处取
样，其金相组织ຫໍສະໝຸດ Baidu回火索氏体，组织未见异常，见
图 １－ｇ。另外又对正常运行的 ６９ 号叶片相同于 ７０