汽轮机叶片损坏原因的分析

[摘 要]在汽轮机发生的事故中，由于叶片损坏而发生的占主要部分。叶片损坏事故是指叶片断裂、拉金和围带断裂、铆头断裂以及叶轮损坏等。叶片损坏是各式各样的，引起损坏的原因也是多方面的。找出叶片损坏的原因并提出预防措施，这对汽轮机的安全运行是有很大好处的。

[关键词]汽轮机 叶片 损坏 原因

中图分类号：U664.113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0031-01

汽轮机是高速旋转的机械，将高温高压的蒸汽的动能与热能转化为机械能。转子作为这一转化过程的主要部件，其工作条件十分复杂。不仅要承受高速旋转所产生的离心拉应力，而且有蒸汽的轴向、辐向冲击力，以及由此而产生的强迫振动等。故而叶片的损坏事故经常发生，下面就这一事故类型作简要论述。

一 叶片断落的现象

叶片在运行中断落一般有下列：现象：

1） 汽轮机内部或凝汽器内部有突然的响声。

2） 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。

3） 叶片断落后落入凝汽器内，会将凝汽器的铜管打破。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，凝结水泵电机的电流增大。

4） 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变化。

5） 断落的叶片进入抽汽管，会使抽汽逆止阀卡涩。

6） 停机过程中听到机内有金属摩擦声，惰走时间减少。

二 叶片损坏的原因

叶片损坏的原因很多，但归纳起来有以下三方面。

（一）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。

5） 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。

（二）运行方面的原因

1）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，也可能使最后几级过负荷而引起叶片损坏。

6）水冲击。运行时汽轮机进水的可能性很多，特别是近代大容量再热机组，由于汽水系统相应复杂，汽轮机进水的可能性更有所增加，蒸汽与水一起进入汽轮机，产生水击和汽缸等部件不规则冷却和变形，造成动静部件碰磨，使叶片受到严重损坏。

7）起停机与增减负荷操作不当。如升速过快或加减负荷过快，汽轮机胀差过大，使汽轮机动静部分发生摩擦，导致叶片损坏。

8）末级叶片根部回流冲刷。在低负荷、高真空下运行，使末级叶片回流冲刷，损坏叶片。

（三）检修方面的原因

1）检修不当。如：动静部分间隙不符合标准；喷嘴隔板安装不当；起吊搬动过程中碰伤叶片；或机内和管道内留有杂物等。

2）新安装机组若管道冲洗不干净，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打伤叶片。

3）由于调速系统不能维持空负荷，危急保安器失灵，使汽轮机甩负荷时超速；做超速试验时发生异常情况，使机组严重超速引起叶片损坏。

三 叶片事故原因的分析

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。

1）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。

2）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。

3）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）金属材料检验分析。对材料进行金相检查、材料分析和机械性能试验，若有可能时应做疲劳性能和衰减性能试验。

5）频率试验。测定叶片、叶片组各种振型的频率，并同频率的历史资料进行对比分析。

6）强度核算。复核叶片尺寸进行强度核算，检查应力是否过大和设计制造上是否存在问题。

四防止叶片断裂的措施因叶片的检修技术比较复杂，工艺质量要求较高，工期也较长。所以在检修和运行中要做好措施，以尽量避免叶片断裂的发生。在检修方面，在检修、起吊、搬运以及测频的工作中，要严格按照有关规程、规范操作，防止对叶片造成伤害。在运行方面，严格控制运行参数，严格按照操作规程起停设备，严防设备超载、超速、超限运行。

五 结论

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，其危害性是极大的。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。

参考文献

[1] 山西省电力工业局编.汽轮机设备检修技术水利电力出版社，1984、2.

[2] 山西省电力工业局编汽轮机设备运行中国电力出版社，1996、12.

[3] 高澎等.汽轮机设备检修技术问答，中国电力出版社，2004、12.