200MW汽轮机叶片断裂原因分析及处理
汽轮机叶片断裂原因分析及防范措施
汽轮机叶片断裂原因分析及防范措施伍爵技术协作信息技术推广与应用汽轮机叶片断裂原因分析及防范措施武有军李恒坤/蒙华泰热电厂摘要:由于汽轮机叶片工作务件恶劣,受力情况比较复杂,断裂事故较常发生,且后果又比较严重,所以对叶片断裂的原因进行分析, 同时提出相关防范措施就显得尤为重要,文章就此进行分析.关键词:汽轮机;叶片断裂一,引言在汽轮机发生的事故中,由于汽轮机叶片损坏而发生的占主要部分,而这其中汽轮机叶片的断裂,对机组的运行来说是一种危害甚大且较多发生的故障.叶片断裂事故的防止,又因单机容量日益增大,叶片长度增加,叶片的工作应力上升而变得13趋复杂.因此,找出叶片断裂的原因并提出预防措施,这对汽轮机的安全运行是很有必要的.二,汽轮机叶片的组成1.叶型:叶片的主要工作部分,汽流通过由相邻叶片的型线部分构成的通道,完成能量转换.2.叶根:将叶片固定在转子叶轮上的装配部分.3.围带,拉筋等:属于连接件,把几只或整圈叶片连成叶片组,并可调整叶片的自振频率和减少叶片所受的动应力.三,叶片断裂的主要现象分析1.汽轮机内或凝汽器内产生突然的声响.2.机组振动突然增大或抖动,轴向位移显示增大或摆动.3.叶片损坏较多时,同样负荷下蒸汽流量增加,监视段压力上升.4.断裂的叶片可能进入抽汽管道,造成逆止门卡涩等.5.停机惰走或盘车状态能听到金属摩擦声.6.可能引起轴瓦温度和回油温度升高,这是因转子平衡遭到破坏而造成的,同时推力瓦温度上升.7.停机过程经过临界转速区时振动明显增加.四,汽轮机叶片断裂的原因分析众所周知,热电厂汽轮机叶片,特别是动叶片,所处的工况条件及环境极为恶劣.主要表现在应力状态,工作温度,环境介质等方面.汽轮机在工作时,动叶片承受着最大的静应力及交变应力.静应力主要是转子旋转时作用在叶片上的离心力所引起的拉应力,叶片愈长, 转子的直径及转速愈大,其拉应力愈大.所以处于次末级的这两失效叶片,受到了相当大的拉应力.此外,由于蒸汽流的压力作用还产生弯曲应力和扭力,叶片受激振力的作用会产生强迫振动;当强迫振动的频率与叶片自振频率相同时即会引起共振,振幅进一步加大,交变应力急剧增加,会导致叶片发生疲劳断裂.汽轮机的每一级叶片工作温度都不相同,第一级叶片所处的温度最高,大约535~C左右;随后由于蒸汽逐级做功,温度逐级降低,直到末级叶片将降低到IO0~E以下.这两片次末级失效叶片所处的温度是95℃,在这个部位会有游离水分子存在,游离水分子由于过冷凝结成水滴,冲击动叶片进汽侧背弧面,造成水冲蚀.叶片在水蒸汽介质中工作,其中多数是在过热蒸汽中工作,末级叶片是在潮湿蒸汽中工作;过热蒸汽中含有氧,会造成高温氧化腐蚀,生成腐蚀性盐而影响叶片的疲劳强度;湿蒸汽区,可溶性盐垢(如钠盐)吸收水珠成为电解液,造成电化学腐蚀.汽轮机叶片的点蚀是一个电化学的过程.金属与电解质相互作用,阳极发生溶解,铁原子失去电子成为Fe.叶片表面钝化膜的不均匀或破裂,微区化学成分的差异,残余应力较高均为产生点蚀的原因,当介质中含有活性阴离子(c1]时,它们被吸附在金属表面某些点上,形成微电池.膜破坏处成为阳极,而未破坏处为阴极.由于阳极面积比阴极小得多,阳极电流密度大,很快被腐蚀成小孔,溶液中的cl—随着电流向小孔里迁移,使小孔内金属氯化物浓度升高.由于氯化物的水解,小孔内溶液的酸度增加,加上小孑L内氧的供应困难,阻碍孔内金属的再钝化,使孑L内金属处于活化状态,不断受到腐蚀.在交变应力的作用下,在点蚀坑底部会有应力集中而促进裂纹的萌生,形成微裂纹,继而扩展成宏观裂纹,当裂纹扩展到一定的程度时,叶片发生最终的断裂,整个过程是一个腐蚀疲劳断裂过程.此外,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机械损坏.同时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,从而引起疲劳断裂.五,防范措施探讨1.机组启动前必须对来汽管道充分疏水,启动中蒸汽须保持较高的过热度,当启动或运行中蒸汽温度突然直线下降50%或lOmin内下降50~C时,应立即打闸停机或者发现汽温突然下降,并且来汽管道,主汽门,调节汽门冒白汽时,也应立即果断打闸停机.2.机组启动前应将轴向位移保护投入,运行中不得将轴向位移保护退出,特别是启动中,进行主汽门,调节汽门严密性试验时,轴向位移保护动作后不得以怀疑其误动为理由退出保护强行挂闸.在轴向位置指示达到定值,如保护不动作时,应立即打闸停机.3.并列运行的机组要有串联截止门,保证减温水管路切断可靠,以防止停机状态或启动给水泵后水漏入热态的汽轮机.锅炉打压时,要采取严密的措施阻隔水进入母管.4.采取防止加热器满水返人汽缸的措施,尤其是抽汽逆止门不严密或者加热器铜管易破裂的机组,要经常监控水位变化.5.完善调节各抽汽门等可能有水进入汽缸的温度测点,以便于及时监视汽缸进水或进冷汽并定期试验,确保抽汽逆止门动作可靠,严密不漏.6.改进疏水系统使其管道,联箱,容器的断面或容积适应疏水量的需要,并按压力合理布置进入联箱,容器的位置顺序,确保各级疏水畅通,不发生疏水压力升高返入汽缸.在机组整体布局设计上,一定要注意疏水联箱的底部标高应高于凝汽器热水井最高点的标高,必要时可开大级间疏水孔或取消疏水环,抽汽机组要保证抽汽口间的联络疏水常通.7.确保门杆漏汽管道和汽机溢汽管道上的逆止门动作可靠,截止门严密不漏,防止除氧器满水返入汽缸.8.新机组验收时应检查确定叶片经探伤,测频合格.投产后大修中应对叶片进行损伤检查,发现问题及时解决.9.经常保持系统频率在合格范围内运行,并尽可能减少机组在偏离正常频率下的运行时间.1O.机组运行中振动突然增加,听到甩脱叶片的撞击声,机组内部有摩擦声以及出现凝汽器铜管突然泄漏等情况,是掉叶片故障的征兆, 应按规程规定果断停运机组进行检查,切不可拖延时机,否则将造成设备严重损坏.l1.发生个别叶片断落故障后,可对断裂叶片采取对称切割叶片技术措施,还应对未断落的叶片全面进行探伤,测频检验,确认无问题后方可恢复机组运行.此外,应加强机组运行中的监视,尤其是在机组启,停,加减负荷过程中,必须加强对汽压,汽温,出力,真空,胀差,串轴,振动等的监视,精心调整,不允许这些参数剧烈变化,严格执行规程规定.启,停机过程应按照操作票和启,停机睦线逐步进行操作;同时还要加强汽,水品质的监督,防止叶片结垢,腐蚀;另外,若停机时间较长,应做好保养工作,现经常用的方法是真空干燥法,有效地防止了通流部分锈蚀.充分利用机组大修,小修机会对叶片进行重点检查和探伤,及时发现问题,从而把事故消灭在萌芽之中.参考文献【1】谢永慧,孟庆集:汽轮机叶片疲劳寿命预测方法的研究Uj,西安:西安交通大学,2002;【2】王江洪,齐琰,苏辉等:电站汽轮机叶片疲劳断裂失效综述01,汽轮机技术,2004;【3】程绍兵,刁伟辽:300MW汽轮机叶片点蚀损伤机理分析及预防措施UJ,热力发电,2003;【4】韩彦波:汽轮机叶片裂断事故剖析[1],黑龙江科技信息,2007.?l35?。
汽轮机断叶片事故现场处置方案
预案编号：版本号：0版汽轮机断叶片现场处置方案编制单位名称：新项目发电部编制：李平棋初审：季晓勇审核：郝晓东批准：祝康平陶建国发布日期：2012年08月15日实施日期：2013年01月01日中电神头发电有限责任公司编制汽轮机断叶片现场处置方案发布令为保证汽轮机断叶片事故发生时，能科学、合理、有序、有备地进行事故处理，减少人财物的损失，最大限度地减轻汽轮机断叶片事故后次生灾害所造成的损失。
根据《发电企业人身伤亡事故应急总体方案》及《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的要求，制定《中电神头发电有限责任公司汽轮机断叶片现场处置方案》，现予以发布实施。
批准人：（签字）（盖章）××××年××月××日汽轮机断叶片现场处置方案1事故特征1.1特征1.1.11.1.21.1.3汽轮机中间几级的蒸汽压力升高，但负荷没有变化或反而1.1.4未几级掉叶片时，如果打破凝汽器铜管，则热水井水1.1.5由于蒸汽压力的重新分配以及转子平衡发生变化，推1.2 主要的危险因素汽轮机叶片工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中，经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用，再加上难以避免的设计、制造、安装质量及运行工况、检修工艺不佳等因素的影响，常会出现损伤或损坏。
叶片损伤形式：蜂窝状、开焊、麻点、锈蚀、擦伤；叶片损坏形式：折断、裂纹、扭弯、二次损坏及其它。
上述损伤或损坏轻则引起汽轮发电机组振动，重则造成飞车事故。
因此，汽轮机叶片的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电厂的安全。
一旦发生汽轮机叶片断损事故，势必被迫进行停机检修处理，对电厂损失极大。
1.3事故发生的区域、地点或装置的名称：事故最容易发生在汽轮机高、中、低压转子。
1.3事故的危害程度：事故可能造成重大设备损坏和财产损失。
1.4事故可能出现的征兆:汽轮机断叶片发生前征兆：1.4.1停机惰走期间或盘车状态,轴振动都比原始值增大，惰走时间缩短;1.4.2机组振动时大时小，转子振动和轴承振动不符合成倍增加的规律。
汽轮机末级叶片断裂的调查分析和运行建议
汽轮机末级叶片断裂的调查分析和运行建议发表时间：2017-06-14T13:43:25.067Z 来源：《电力设备》2017年第6期作者：夏敏[导读] 摘要：亚齐火电项目的2#汽轮发电机组，总承包方在质保期结束后按照合同要求完成了一次检查性大修，然后交给业主方。
（中国水利水电第八工程局有限公司浙江杭州 41000）摘要：亚齐火电项目的2#汽轮发电机组，总承包方在质保期结束后按照合同要求完成了一次检查性大修，然后交给业主方。
其运行人员在2016年9月 20 日运行中发现锅炉水质钠离子浓度、电导度、PH值急剧增大，判断为凝汽器钛管破损，海水进入凝结水系统所致，停机检查发现发电机侧凝汽器钛管有23根损坏漏水，维修人员进行堵管处理后未做深入检查就安排启机，但是随后多次冲转因振动大未能成功，停机再次进入凝汽器汽室检查，发现低压转子第22级末级叶片（发电机侧）多片断裂。
关键词：钠离子浓度；泄漏；叶片断裂；低频运行一、概述亚齐火电项目的2#汽轮发电机组，质保期结束，总承包方按照合同要求进行了一次检查性大修，然后交给业主方。
2016 年 9 月 20 日凌晨，机组负荷85MW，主汽压力7.4MPa,主汽温度525℃，5：00时刻，发现汽轮机振动变大（2X 振动157.1um，5X振动达到188.7um），10:00 左右，锅炉水的水质化验出现了急剧变化：钠离子浓度(1340 ppb), 导电率( 4410 us/cm)，pH (4.36)，运行人员立即采取炉水加药对水质进行调整，但水质状况无法改变，此情况下又采取降负荷方式，在20日17:05 降负荷到60MW，但水质等问题一直未能解决，直到22日08:28采取停机检查处理。
由于锅炉水质钠离子浓度、电导度、PH值是在运行中急剧增大，运行人员判断是凝汽器钛管破损，海水进入凝结水系统所致，于是停机后对凝汽器钛管进行了检查，发现发电机侧凝汽器钛管有23根损坏漏水，维修人员简单进行堵管处理后未继续做深入检查就安排启机，但是汽轮机在随后多次冲转过程中因振动大未能成功。
汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析
汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析摘要：在工业生产中，汽轮机作为重要设备，与工业生产有着密切的关系。
为了保障工业良好生产，需要保障汽轮机稳定运行，本文以汽轮机叶片为例，分析汽轮机叶片断裂的故障和原因，然后根据具体原因提出建设性防治措施，降低汽轮机叶片断裂发生的概率，从而保证汽轮机稳定运行。
关键词：汽轮机；断裂；故障诊断；处理引言汽轮机在工业生产中占有重要的地位，直接关系着工业是否能够稳定生产，因此在实际生产中需要保证汽轮机稳定运行。
但在实际中，由于工作环境等因素，汽轮机在运行过程中经常会出现叶片断裂的情况，严重影响了汽轮机正常运行，给工业生产带来了不良的影响。
基于此，需要对汽轮机叶片断裂问题展开探究，分析叶片断裂出现的原因，然后制定有效的解决措施。
1汽轮机叶片发生断裂故障的现象及原因1.1汽轮机叶片发生断裂故障的现象当汽轮机叶片发生断裂故障时，会伴随着以下一些现象发生，技术人员可以根据这些现象来判断汽轮机叶片是否出现断裂，其中具体内容有以下几点：①当听到汽轮机内部或凝汽器内部出现金属碰撞的声音，则表明有异物进入到汽轮机内部或者凝汽器内部，而汽轮机一般都有做密封处理，因此外来异物进入可能性比较低，很有可能就是汽轮机叶片发生断裂；②机组突然出现激烈的振动或者振幅突然增加，则可以检查汽轮机叶片情况，观察其是否出现断裂的问题；③当出现倒止门卡涩的情况，可以检查是否是汽轮机断裂的叶片进入到抽气管中引起的[1]；④当在盘车时，听到设备里面有金属摩擦声音，这也有可能是汽轮机叶片发生断裂引起的；⑤当汽轮机叶片出现损伤时，相同载荷下，蒸汽流量会变大，而且监控区段的压力也会增大。
1.2汽轮机叶片发生断裂故障出现原因工业汽轮机叶片发生断裂故障是多方面因素引起的，因此在对汽轮机叶片断裂故障进行处理，需要确定故障发生的原因，其中比较常见的原因有以下几点。
第一，机械损伤。
在汽轮机运行时，如果有外来的杂质随蒸汽进入汽轮机内，就会给叶片造成损伤。
汽轮机叶片断裂故障及处理
运行与维护Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2020年第24期2020 No.241 汽轮机设备概况某电力有限公司#5、6两台汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂生产的引进型号为N300—16.7/537/537的亚临界、一次中间再热、反动式、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机组，机组额定负荷为300 MW 。
机组高、中压汽缸采用合缸且为内、外双层汽缸结构，低压缸为对称分流式结构，主要由1层外缸、2层内缸组成。
高、中压转子和低压转至之间采用刚性联轴器联接。
汽轮机共有5个轴承，分别为4个径向支持轴承、1个推力轴承，其中1#为组合式支持推力轴承。
为了平衡轴向推力，本机除了采取对称布置外，同时还设有平衡阀，余下的由组合式支持推力轴承平衡。
汽轮机还设有一套5 %串级疏水旁路系统。
其结构示意图如图1所示。
图1 某电力公司汽轮机结构示意图本机组轴封系统是自动密封系统，在机组启动、空载及低负荷时，缸内出现真空，为防止空气漏入，需向轴封系统提供低压蒸汽。
在高负荷时，为防止高、中压缸轴端漏气，设有定压轴封供汽母管，母管蒸汽气源共有3路，分别来自于主蒸汽、再热蒸汽和辅汽联箱。
2 故障概况在2017年3月、2017年5月采用阿尔斯通（GE ）技术进行了汽轮机进行通流改造，改造后运行2年有余，期间运行一直稳定，各轴承振动及其他参数运行状况良好，如表1所示。
表1 汽轮机通流改造后轴承振动情况机组负荷/MW 01503001瓦振动/μm 26.533.130.82瓦振动/μm 35.814.322.53瓦振动/μm30.219.342.4但在2019年3月25日、5月24日，#5、6两台汽轮机在运行过程中1瓦相对轴振开始缓慢增大，且随着机组负荷变化而发生波动。
当#5机组负荷294 MW 时，1瓦振动从42 μm 突然上升至130 μm ；当#6机组负荷229 MW 时，1瓦振动从40 μm 突然上升至116 μm （机组最大轴振数据情况如表2所示）。
汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析
汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析摘要：由于机组设计、制造精度和正常运行等技术问题，汽轮机组在运行过程中，叶片断裂等事故时有发生。
叶片本身的断裂和二次损坏直接威胁到汽轮发电机组的安全稳定运行。
基于此本文就汽轮机叶片断裂故障诊断及处理进行阐述，以供参考。
关键词：汽轮机组;叶片故障;故障诊断;故障诊断系统;1汽轮机叶片断裂机理1.1工作温度对汽轮机叶片的影响在汽轮机叶片处于工作状态中，叶片特别是动叶片，一般会工作在非常恶劣的条件里，例如，温度和热应力，就会导致叶片受到电化学腐蚀和水珠的侵蚀，正如人们都知道的电化学腐蚀是这些腐蚀中最严重的，电化学腐蚀甚至会损害汽轮机叶片，使叶片会出现裂纹。
有时候，汽轮机叶片需要在特定的高温环境下工作，这对于汽轮机叶片来说是最需要克服的困难。
汽轮机各阶段的叶片在运行过程中的温度不同，首先，前一阶段的叶片处于高温状态，随后的各个阶段叶片的温度会逐渐下降，直至最后一阶段的温度也会下降，最后一阶段的叶片中会有大量的水分，这些水分凝结成水珠，然后撞击汽轮机的动叶片，导致严重水蚀现象发生。
1.2应力状态对汽轮机叶片的影响汽轮机启动时，其下方的风机叶片通常会受到一些大面积的热静应力和热交变应力。
高静应力是因为发电机转子叶片在旋转操作期间需要在叶片方向上承受较大的机械离心力而旋转。
汽轮机旋转叶片旋转越长，转子叶片的最大速度应力变化越大，承受的离心力越大，产生的拉应力越大。
此外，在实际工作或循环使用期间，汽轮机转子上总会有一定量的高温蒸汽流。
在这些巨大高压蒸汽流的强烈作用下，将带来汽轮机巨大的高温压力流，叶片表面也将承受自然运动产生的具有一定强度的径向弯曲应力场和径向扭转。
当该振动的波频与汽轮机叶片上产生的固有振动波频完全一致时，叶片将在该径向激振力场产生的强大作用下被迫弯曲和振动，一定频率振幅变化的电磁共振现象会自动发生，振幅会增加，交变应力会逐渐增加，导致汽轮机叶片因过度疲劳而断裂。
某电厂汽轮机叶片断裂事故分析
某电厂汽轮机叶片断裂事故分析摘要：本文通过对某电厂汽轮机叶片断裂事故的分析，找出失效的原因，为汽轮机的安全运行提出可行性的建议，为电厂排除安全隐患。
希望结合该电厂的此次事故，为其它电厂提供借鉴。
关键词：汽轮机；叶片；失效事故1.概述汽轮机是发电厂主设备之一，而叶片是其最关键的部件,运行中若稍有不慎则极易对叶片造成损害，轻则造成汽轮机振动过大使机组效率降低，重则造成叶片的断裂让整台机组因事故停机造成更大的经济损失。
叶片断裂发生在某电站，事故当天凌晨1点20分，该电站1号机组正常运行，集控系统上突然显示#1～#6轴瓦的振动异常增大。
值班员发现情况后立即降低负荷，但轴瓦振动值无明显下降，只能停机检查。
2.现场情况机组停机后在低压缸内发现叶片残骸，随后起吊低压缸发现低压转子的反向次末级（编号T1-42）的叶片从距离根部1/3处横向断裂如图1所示，相邻的两叶片的叶顶处有不同程度的损伤。
图1 次末级叶片图2 上半部分的残骸合影从现场情况可以判断首先破坏件是T1-42叶片，其上半部分在断裂后由于离心力的作用，甩向末级叶片处，与末级叶片相互撞击，分解成若干体积不等的部分，它们已变形严重如图2所示。
3.理化检验为了掌握断裂叶片材质属性，对其进行化学成分分析，力学性能检测、显微金相组织观察等，了解叶片失效前的属性，为分析叶片断裂提供帮助。
3.1.化学成分分析化学成分分析是验证材料是否符合规定牌号。
而错用材料、成分偏差、合金含量在下限等都会影响钢材的性能，可能造成零件的失效。
该叶片材质是0Cr17Ni4Cu4Nb，根据标准中对成分的要求，进行化学成分分析，结果如表1所列。
经过检验主要合金元素含量均在标准要求范围内。
表1 叶片化学成分分析对比（%）3.2.力学性能检验叶片应具有高的力学强度，良好的冲击韧性。
对失效件进行力学性能测试，了解其在失效前的力学性能是否已不能满足其工作要求。
3.2.1.硬度检测硬度是材料在外力作用下抵抗变形和破坏能力的反映，硬度和强度存在一种类似的线性关系。
汽轮机末级叶片损坏的分析及对策
汽轮机末级叶片损坏的分析及对策摘要：汽轮机叶片的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电厂的安全、满发。
鹤矿集团热电厂在大修过程中，曾发现过末级叶片断裂、汽蚀现象。
通过对鹤矿集团热电厂四台机组末级叶片损坏的形式进行分析，认为末级叶片型线下部普遍存在出汽边水冲蚀损伤，外来硬质异物击伤和固体粒子侵蚀，叶片断裂、结垢及其它损伤，分析了其损伤机理，介绍防范措施。
关键词：汽轮机；叶片损伤；损伤机理；断裂前言：叶片是汽轮机最精细、最重要的零件之一。
其运行状况对机组的安全可靠起决定性的影响。
如果叶片发生断裂，将引起机组振动、通流部分动、静摩擦，同时损失效率；若没有及时发现或及时处理，将引起事故扩大,可能导致整台机组毁坏，其经济损失数以万计。
因此，很有必要及时调查研究、分析、总结叶片尤其是末级叶片发生的各种损伤及寻找规律，以期制定防范、改进措施，避免发生大的损失。
1 汽轮机叶片损伤概况鹤矿集团热电厂1#机为武汉汽轮机厂生产的型号为FC25-3.43/0.35型汽轮机，在近几年的大修过程中也曾发现叶片根部出汽边水冲蚀、顶部进汽边水冲蚀、异物击伤叶片等。
我厂2#机为武汉汽轮机厂生产的型号为C25-35/3型汽轮机，在今年的大修中，发现叶片问题比较严重：围带飞脱、断裂、个别拉金断裂、腐蚀麻坑等。
我厂3#机为哈尔滨汽轮机厂生产的C50-8.83／0.118型汽轮机，2006年6月15日按照小修计划对末级叶片进行检查时，发现19级叶片有一处断裂，随即揭缸检查，并对末级叶片进行了探伤检查，发现存在以下问题：第19级30#、80#叶片损伤严重，70#叶片断裂，同时拉筋、围带均断裂，有9处拉筋套开焊（其中有3处是去年补焊过的）。
出汽边汽蚀：有30个叶片出汽边有汽蚀现象，其中5处比较严重，有1处细小裂纹，有22个叶片有叶根腐蚀现象，其中5处比较严重。
这几台机组低压级叶片在实际运行过程中，由于种种原因在叶片、叶根、拉筋、围带及司太立合金片等部位经常发生故障，末级叶片的水冲蚀损伤相当普遍。
关于汽轮机轴瓦震动分析与处理及汽轮机调节级叶片断裂事故分析及处理
关于汽轮机轴瓦震动分析与处理及汽轮机调节级叶片断裂事故分析及处理摘要：汽轮机为各种机械的设备动力供给，所以对汽轮机的维修保养十分重要。
其轴瓦、轴颈、叶片磨损对于整个系统都有着影响，为加强汽轮机组日常保养与维护，文章就汽轮机轴瓦、轴颈磨损及调节叶片断裂的分析与预防进行了简要的论述。
关键词：汽轮机轴瓦震动叶片断裂机械事故分析处理一、轴瓦震动分析汽轮机轴瓦振动是汽轮发电机组运行中常见的主要故障，严重影响着机组的安全运行和使用寿命。
轴瓦垂直方向的振动，由于是机组运行直接监控的重要参数，另外由于多年来无数专家和科研人员的努力，在振动的分析和处理上已经形成了一套行之有效的办法。
而轴瓦水平方向的振动，由于缺乏监控手段，往往在发现时已造成重大影响，导致不得不停机消除。
本文结合处理消除轴瓦水平振动的经过，分析水平振动大产生的原因以及处理措施，得出处理水平振动大的几个结论，希望能在机组检修阶段注意消除导致振动的潜在因素，以避免运行中因水平振动大而导致停机或事故的发生。
1、200MW汽轮机#5, #4轴瓦水平振动大处理经过某电厂#1汽轮机#5轴瓦水平振动的解决。
其#1汽轮机系东方汽轮机厂生产的N200-130/535/535型汽轮机，于12月进行了通流部分改造。
次年3月15日，该机在负荷从170MW升至220MW的过程中，#5轴瓦处突然响声异常，同时瓦盖振动明显.在线监测表计显示垂直振动为35μm，就地用测振表测量#5轴瓦瓦振值如下:垂直方向:37μm，水平方向:201 μm，轴向:189μm 。
测量轴承箱结合面及汽缸和台板连接处差别振动均不大，都在30wm以下，被迫打闸停机。
停机后检查#5轴瓦及瓦箱内各部件。
该机组#5轴瓦为椭圆轴瓦，靠四块垫铁固定在轴承箱内。
检查发现#5轴瓦上垫铁接触很差，右侧仅角部有两个接触点，其余无接触痕迹。
翻出轴瓦检查，轴瓦钨金良好，无磨损痕迹;下垫铁接触良好。
检查低发转子联轴器各连接螺栓，各螺栓联结紧密，伸长值均符合要求，无松动现象。
汽轮机低压转子末级叶片断裂分析
测定！吉果见表$&由表$可知''号叶片除Ct、 R含量偏•，其他元素含量均符合GM/T 8732— 200#《汽轮机叶片用钢》的要求&
样品 57号叶片 GM/28732— 2004要求
!#C) 06028 $06055
表@ 57号叶片化学成分分析结果
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中图分类号：TK26! !
文献标志码:G
文章编号:&：'&-08：H(202&)0#-02"!-0"
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#)汽轮机低压转子末级的57号叶片断裂( 12号叶片存在裂纹，2根叶片缺陷位置具有一致 性，均为叶片进汽侧距叶顶280 ==的司太立合 金与叶片母材交界处。该处存在结构上不连续， 易产生应力集中&在长期运行中，由于水蚀及应 力集中的共同作用，叶片产生疲劳裂纹&在对机 组低压转子末级叶片进行磁粉检测时，发现共有 33根叶片在该位置存在裂纹或开口缺陷&
号叶片上切取2个拉伸试样，编号为57-1（7-2（ 12-1和122,具体取样位置见图:&
汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析
图1 汽轮机高压转子气流受力分析图汽轮机启动时，其下方的风机叶片通常会受到一些大面积的热静应力和热交变应力。
高静应力是因为发电机转子叶片在旋转操作期间需要在叶片方向上承受较大的机械离心力而旋转。
汽轮机旋转叶片旋转越长，转子叶片的最大速度应力变化越大，承受的离心力越大，产178研究与探索Research and Exploration ·智能检测与诊断中国设备工程 2022.12 （下）术。
刀片错误模式也可以直接以刀片错误树的形式表示。
3.2 叶片故障诊断系统（1）汽轮机叶片裂纹检测是旋转机械故障诊断的重要组成部分，在国内外得到了广泛的研究。
目前，国外已经开发了基于声多普勒信号的刀具裂纹缺陷监测系统。
该系统沿叶轮圆周布置两个高灵敏度传感器，在激光鉴相器的控制下采集叶片振动的声信号，利用裂纹扩展引起的叶片频率波动引起的共振事件监测叶片振动的产生，并采用时域同步平均值来降低噪声，在国内外已有较多的研究。
目前，国外已研制出一套基于多普勒信号的刀具裂纹检测系统。
这个系统将在叶轮周围设置两个高灵敏度的传感器，通过激光鉴相仪对叶片的振动进行检测，从叶片缠身过的机理入手监测叶片产生振动的过程并对其进行时间同步处理，然后利用平均值降低噪声。
（2）在美国西屋公司研究小组的支持下，研制了一种基于双探头叶片结构的汽轮机振动和不平衡振动接触试验监测与补偿检测装置，并成功应用。
它不仅可以直接、连续地测量汽轮机叶片向顶部水平方向的平衡同步偏转，还可以对不平衡同步旋转偏转振动和扭转振动进行现场综合评价，分析汽轮机叶片和汽轮机自身的各种机械损伤和变形，评估汽轮机叶片修复最佳方案的优缺点，并在调整和设计后进一步检查叶片结构的性能。
3.3 叶片故障诊断技术的发展趋势随着国内计算机技术基础理论研究方向的进一步发展，计算机辅助系统监测与分析手段逐渐被越来越广泛地应用于叶片系统的各种故障检测、分析、诊断和监测技术中，通过采用各种计算机信号检测以及计算机识别的新方法，大大提高了系统监测和处理的质量，以及系统监测和诊断工作过程中信息的动态可靠性。
汽轮机叶片断裂分析
汽轮机叶片事故分析
• 汽轮机叶片的损坏形式主要是疲劳 断裂。由于叶片工作条件恶劣，受力情 况复杂，断裂事故较常发生，且后果又 较严重，所以对叶片断裂事故的分析研 究一直受到特别重视。按照叶片断裂的 性质，可以分为短期超载疲劳损坏、长 期疲劳损坏、高温疲劳损坏、应力疲劳 损坏、腐蚀疲劳损坏、接触疲劳损坏等 六钟。
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、 腐蚀疲劳损坏
断口微观貌有较厚的氧化皮。
•
高温疲劳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。
•
防止高温疲劳损坏的主要措施是：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
劳损坏。
•
造成长期疲劳损坏的原因有：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劳损坏；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。
Hale Waihona Puke 长期疲劳损坏在电厂叶片断裂事故中最为常见。
•
防止长期疲劳损坏的办法是：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。
•
• 按叶片的断裂或损伤的部位划分失效类型， 可分为三种类型：
某汽轮机断叶片故障案例分析(2)
某汽轮机断叶片故障案例分析（2）叶片断裂是大型旋转机械中典型的不平衡类故障，同时也是会给机组带来非常严重后果的故障之一。
我们再来回顾一下：机组振值的突然跳变有三种可能：叶片断裂、异物进入和垢层脱落。
它们的故障机理和不平衡故障是相同的，主要特征有三条：1.振动的通频振幅在瞬间突然变化；2.振动的特征频率是转子的工作频率；3.工频振动的相位也会发生突变。
第一部分：设备概况首先我们还是来看一下本期所要讲述的设备的基本情况。
该合成气机组由汽轮机驱动压缩机。
其中，汽轮机振动的报警门限为70μm，联锁门限为100μm，机组总貌图如图1所示。
图1 合成气机组总貌图第二部分：故障现象2017年8月24日11：29分，合成气汽轮机四个通道在转速未做调整的情况下，汽轮机进汽侧两通道振值突然出现大幅跳变。
从稳定运行时的30μm，变化至60μm左右，变化时间在2s以内；排汽侧也同步小幅变化了10μm左右。
随后机组运行过程中，汽轮机各通道振值随转速变化始终比较同步，见图2。
图28月24日振动通频趋势图由于没有到达报警值，用户研究决定继续观察运行。
机组运行至11月30日21:20时，汽轮机四个通道振值再次出现大幅跳变。
表现为进汽侧两个通道下降（我们在第一讲的时侯说明过，振动突然下降也是非常危险的），排汽侧两个通道大幅上升，最大达到80μm，见图3，随后机组降转速运行，振值最大达到95μm，不得不停机检修。
图311月30日振动通频趋势图第三部分：原因分析2017年8月24日汽轮机第一次出现振值跳变时刻，各通道GAP电压趋势稳定，说明传感器系统正常，为真实信号；对比相关工艺量数据，均无明显同步关系，因此可排除工艺调整方面的原因。
结合振动图谱，发现引起振值变化的主要特征频率为1X，且1X相位同步发生大幅变化（见图4、图5）。
图4 第一次突变时1X幅值趋势图5第一次突变时1X相位趋势在振值突变时刻，波形图清晰地记录了这一时刻的突变过程，频谱图上丰富、活跃的低频成分表征了振动跳变的过程中出现了碰摩（见图6）。
浅谈汽轮机叶片损坏的原因分析
浅谈汽轮机叶片损坏的原因分析【摘要】汽轮机叶片的断裂、腐蚀，围带的脱落以及开焊或断裂的拉筋等都会造成汽轮机的障碍问题，阻碍的原因是多来自于叶片的，并且损坏的方式也各不相同。
同时障碍问题很大程度上是引发汽轮机发生事故的主要原因。
下面就汽轮机的叶片损坏的原因进行相关的分析以及提出相应的措施。
【关键字】汽轮机叶片、损坏、障碍、事故、原因【abstract 】the steam turbine blade fracture, corrosion, surround the fall off and with open welding or fracture of the steel, can cause the obstacles of the steam turbine, the reason is that from the leaves of the more, and damaged way are also different. At the same time obstacles to a large extent by steam turbine is the main reason for the accident. Here is the steam turbine blade damage the cause of the relevant analysis and put forward the corresponding measures.【keywords 】turbine blade, damage, obstacles, accidents, reasons1．前言汽轮机在火力发电厂、核能发电厂中作为发电的重要机械设备，电厂中的高温、高压坏境，以及汽轮机的转子在在这样一种恶劣的环境之下将湿的蒸汽在高速旋转的情况下把蒸汽所具有的能以及运动的动能转化为转子本身运转的机械能进行利用。
汽轮机叶片断裂案例分析-091229
大型汽轮机叶片事故原因分析在火电厂、核电厂机组运行过程中，汽轮机叶片工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中，经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用，再加上难以避免的设计、制造、安装质量及运行工况、检修工艺不佳等因素的影响，常会出现损坏，轻则引起汽轮发电机组振动，重则造成飞车事故。
因此，汽轮机叶片的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电厂的安全、满发。
汽轮机叶片事故长期困扰电厂机组的安全经济运行。
从国内统计数据看，叶片损坏事故占汽轮机事故的30%。
叶片损坏的位置，从围带到叶根都有。
据日本历年的统计资料，各部位出现损坏的百分率见表1。
此外，汽轮机各级叶片的损坏机会是不均匀的，据美国对50台大型机组的统计，叶片事故几乎全发生在低压缸内，其中末级占20%，次末级占58%，而且集中区是高压第一级，即调节级。
据日本的统计，也有20%的事故发生于此。
因此，在汽轮机设计和运行时，均应注意这些部位。
叶片损坏的原因是多方面的，可以从不同角度加以分析。
例如，从发生的机理区分，60%～80%的损坏原因是振动；从责任范围区分，可归纳为设计、制造、安装、运行和老化等。
在实际工作中，如果能及时找出主要原因，掌握叶片事故前后的征兆，采取相应措施，就能避免事故的发生，提高机组的使用寿命和安全可靠性。
1、近年来大型机组叶片损坏概况从近年来发生的17例叶片故障统计中，笔者分析了上海汽轮机有限公司、哈尔滨汽轮机有限责任公司、东方汽轮机厂、北京重型电机厂(表中简称上汽、哈汽、东汽、北重)生产的以及美国、日本、前苏联和欧洲一些国家引进的200 MW以上超高压、亚临界及超临界压力大功率汽轮机叶片故障。
这些故障造成叶片损坏的形式分为损坏(丧失基本功能，危及安全)和损伤(降低经济性，能安全使用)。
叶片损坏形式：折断、裂纹、扭弯、二次损坏及其它；叶片损伤形式：蜂窝状、开焊、麻点、锈蚀、擦伤。
2、叶片故障原因分析2.1 叶片故障的特点(1) 叶片故障发生在低压缸的有13例，占统计总数的82.35%，而末级叶片损坏又为多发部位，有9例，占统计总数的52.94%，调速级有2例，占统计总数11.76%，中间级所占比例很小。
汽轮机断裂叶片检测与失效原因分析
汽轮机断裂叶片检测与失效原因分析摘要:对发生断裂的材料进行了理化检验，分析了叶片断口的宏观、微观形貌。
根据检测结果，叶片材料性能满足标准要求，其失效模式为疲劳产生的断裂。
关键词:汽轮机；叶片断裂；原因分析汽轮机叶片所处的工况条件及环境极为恶劣，主要表现在应力状态、工作温度、环境介质等方面。
当叶片发生断裂时，断口往往出现在叶根部位，其中很大一部分属于疲劳断裂。
金属材料疲劳破坏机制是金属材料在交变应力或交变应变的作用下，某点或某些点逐渐产生了永久性结构变化，导致在一定的循环次数以后形成裂纹或发生断裂的过程。
疲劳破坏与静力破坏有着本质的不同，在交变载荷作用下，零件中的交变应力在远小于材料强度极限的情况下，破坏就可能发生。
不管是塑性或弹性材料，疲劳断裂在宏观上均表现为无明显塑性变形的突然断裂，故疲劳断裂常表现为低应力脆性断裂。
这一特征使疲劳破坏具有更大的危险性。
1叶片断裂情况某型汽轮机通流部分由复速级和压力级组成，其中复速级为直叶片，根部采用倒T型叶根形式。
机组在使用过程中出现了复速级叶片断裂的故障，经拆检，断裂部位为T型叶根的上危险截面在故障发生后，设计人员立即展开了故障原因的排查和清理，并通过宏观检测分析、断口综合分析、微观组织结构观察等手段对失效叶片进行检测与分析。
2失效叶片的理化检验与分析2.1宏观检测图1为叶身端断口的宏观照片。
叶片的断面平坦，没有发现明显的沿晶断裂，瞬断区面积占总面积相对较小，因此可以判断叶片的失效模式为由于疲劳产生的断裂。
根据断口的宏观表象，裂纹源起始于出汽侧内缘，并扩展至进汽侧外缘。
2.2化学成分分析失效叶片采用1Cr13马氏体不锈钢，表1为材料的化学成分分析结果，对比数据可以看出，失效叶片的化学成分满足零件理化检验的标准要求。
2.3材料组织分析对断裂叶片进行金相组织观察和显微硬度分析。
图2为断裂叶片样品的金相组织，从显微组织图片中可以看出，断裂叶片材料的组织为马氏体组织。
汽轮机叶片的断裂分析
24
上海汽轮机
2000 年第 3 期
汽轮机叶片的断裂分析
魏玉剑, 龙荷荪 ( 上海汽轮机有限公司, 上海 200240)
摘 要: 叶片断裂的原因分析有时很明了 , 有时也 很复杂。有时仅从叶片 本身分析 就可找到原 因 , 有
1 开缸转子) 。该级叶片长 157mm , 断口距根 部为 80mm 左右。断裂源位于出汽边。宏观 断口是由出汽边开始经高周低应力疲劳裂纹 扩展方式向进汽边扩展, 属于切向振动引起 的疲劳断裂, 其形貌如图 2、 图 3 所示。形貌 宏观观察叶片叶身部位, 尤其是出汽边 , 未见 明显加工刀痕 , 也未见明显水蚀和点蚀坑, 断 口上及裂源区未发现明显夹杂物。
5
断裂原因分析
从叶片的化学成分、 非金属夹杂物级别
及机械性能来看 , 可以认为叶片材料的冶炼 质量是好的, 断裂不是因为材质引起的。 叶片的宏观断口呈海滩状 , 这是典型的 疲劳断口。叶片断裂处无塑性变形, 裂纹仅 朝一个方向发展, 不分枝, 并为穿晶走向, 这 些特征也正是疲劳裂纹所具有的。 从该小机的设计运行概况来看, 其叶片 断裂并非普遍现象, 况且是在运行较长时间 后发生的 , 所以不 能说是设 计原因造 成的。 从小机的叶片断裂情况来看, 1991 年底投产 到 1996 年检修时此叶片运行良好。但 1997 年后连续几次开缸都发现此叶片有裂纹或断 裂现象。经过查看电厂运行记录发现 , 1995 年初曾发生水泵严重卡死现象 , 小机冲转冲 不动 , 后连续冲转, 阀门曾一度接近全开。此 过程长达 2 小时, 后发现平 衡盘破损 严重。 这说明轴向推 力相当大。 1995 年后的较长 时间, 由于种种原因 , 小机启停次数较多, 运 行极不稳定, 每年启停达五十多次。从以上 运行情况分析, 小机在强迫冲击下 , 大量的蒸 汽在节流情况下直接对叶片进行冲击。特别 是末几级叶片 , 节流后的蒸汽温度基本上与 进汽温度相 同, 而排 汽压力 突降, 静 叶出口 ( 动叶进口 ) 处流速都处于超音速状态。对于
汽轮机叶片断裂分析
根据上述检验结果和分析 ,失效叶片的断裂属 高周低应力疲劳断裂 。叶片的出气边较薄 ,长期在 蒸汽的动应力作用下 ,产生疲劳微裂纹 。该裂纹开 始扩展的速度较慢 ,当裂纹长度超过一定值后 ,扩展 速度加快 ,最后导致叶片断裂 。
为了在今后汽轮机的正常运行中避免该事故的 发生 ,建议采取以下措施 :
图 3 断裂叶片的断裂位置 (mm) Fig. 3 The f ract ure po sition of t he rupt ured blade
分组成 ,平断口起源于出气边 ,长度约占叶片宽度的 75 %。平断口部分有海滩状花样 (图 4) ,因此初步 判断断口性质为疲劳 ,裂纹源周围未见明显腐蚀及 机械损伤 。图 5 为扫描电镜像 ,显示出疲劳断裂的 宏观特征 ———海滩花样 。
≥550 800～ ≥15 950
5. 4
260
5. 2
266
≥3. 5 230～ 275
从表 2 可知 ,叶片实物测试性能符合德国 D IN 标准的 X 20 Cr 30 钢经 980～1 030 ℃油冷 ,750～ 650 ℃回火处理后的力学性能 。
·252 ·
6 综合分析
(1) 综合上述检验结果 ,可知失效叶片满足德 国 D IN 标准关于 X20Cr30 钢号的成分和热处理后 的力学性能 。所以叶片材质合格 。
理化检验 - 物理分册
姜海一等 :再沸器疲劳失效分析
图 10 P E28 再沸器振动测试图 Fig. 10 Vibratio n test of PE28 heat exchanger
相检验均证明 ,管板的质量存在一定的问题 。主要 表现为晶粒粗大 、硬度偏低 、屈服强度偏低和冲击韧 度偏低 。在相近的受力状况下 ,全部裂纹都位于管 板一侧 ,说明热影响区部位的性能与壳体和焊缝差 距很大 。
SGT—200型燃气轮机叶片断裂故障分析
SGT—200型燃气轮机叶片断裂故障分析珠海某LNG工厂一台西门子SGT-200型燃气轮机在运行20000小时后，突发机械故障，造成压气机叶片大面积断裂损伤，机组被迫返厂大修。
经调查分析，事故是因为机组在离线水洗后长时间处于停机状态，没有及时启机运行，残余水积聚在压气机底部叶片装配孔附近，导致叶片转动部位锈蚀卡涩，叶片角度发生错位，产生了大量非正常尾流，叶片因过度的应力而产生裂纹并最终发生断裂。
因此，燃气轮机在进行离线水洗后，应及时启机运行，确保水汽被彻底排尽烘干，要定期检查可调节叶片（IGV），确认机构动作正常活动自如。
标签：燃气轮机；叶片断裂；SGT-200；水洗；尾流1 引言珠海某LNG工厂核心动设备燃气透平机组由一台西门子SGT-200-2S型燃气轮机与一台离心式压缩机组成，该型燃气轮机是国内首次引进使用，具有结构紧凑，效率高，采用DLE（干式低排放）燃烧系统，氮氧化物排放低，双轴布置可快速适应负载变化需求，可进行在线和离线水洗等特点。
机组在一次例行检修后的满负荷测试过程中，突发机械故障，造成压气机内部大面积叶片断裂损伤，机组被迫返厂大修，工厂停产7个月，经济损失严重。
2 机组简介SGT-200-2S型双轴燃气轮机采用双燃料燃烧系统，天然气和液体燃料均可，由15级轴流亚音速压气机，2级悬挂式压气机透平，2级高效动力透平组成，设置5级可调节导叶和静叶系统（IGV），压缩比12.3：1，额定转速10950rpm，ISO 条件下空气流量29.3kg/s，功率7680kW，热效率33.4%，8个DLE燃烧室各带有一个点火器，氮氧化物排放含量小于15ppmV。
结构简图如图1所示。
3 叶片断裂故障燃气轮机累计运行时长约20000小时后，在完成例行B检保养工作后启机测试，升负荷至温度控模式运行，达到最高功率运行1小时后，机组因振动高紧急停车，伴随巨大异常声响。
停机后检查发现，压气机无法正常盘车，压气机IGV 外部连杆第2、3、4级发生不同程度的扭曲。
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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
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，其金相组织为回火索氏体，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
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
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。
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。
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，
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。
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
（收稿日期：２００８－０８－３０）
２９
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）
（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。
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
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。