毕业设计论文：涡轮叶片断裂故障的分析与预防措施[管理资料]

Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｃ　６－３．４３／０．４９型汽轮机转子叶片断裂（裂纹）　原因分析及防范措施　姜保利　（山东能源肥城矿业集团公司杨营煤矿山东梁山２７２６２２）　工业技术　啊Ｉ　［摘要］文章叙述－ＪｒＣ６－３．４３／０．９８型汽轮机转子叶片断裂（裂纹）发生的情况及处理过程，简要分析了缺陷产生原因，并提出了今后安全运行的措施。　［关键词］汽轮机叶片裂纹原因分析防范措旖　中图分类号：ＴＫ２６８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）３８—０００１—０１　Ｃ６－３．４３／０．９８型汽轮机转子材料为３０Ｃｒ２ＭｏＶｔ￣，汽轮机转子与调节级　及１～８级叶轮整锻，９～ｌ５级叶轮为套装结构。有关统计表明自２ｏｌｔｔ纪起，国内　外汽轮机、发电机转子断裂恶性事故带来很严重好的后果，例如：如新疆红雁池　发电厂的５—８号机（５０Ｍｗ），江西分宜发电厂６号机（１００ＭＷ），广东韶关电厂　６号机（５０ＭＷ），肥矿集团杨庄电厂２＃机（１２　ＭＷ）等。　１　篡因分析　转子是汽轮机组最重要的部件之一，其工作状态比较复杂，在高温、高转速　情况下，既承担着巨大的离心应力及传递功率所产生的扭转应力，又承担着巨　大的热应力，在起停过程中还产生弯曲、振动等。因此，对转子的结构及材料性　能的要求特别苛刻。　１）机械应力和热应力因素　由于机组启停过程中的机械应力和热应力会导致应力集中，产生疲劳损　伤，机组在多次交变应力作用下造成金属热疲劳，引发金属裂纹。　热应力主要是由于转子各部分温度不均匀，各部分材料之间膨胀或收缩互　相限制而引起的。如果蒸汽与转子的温差达到１５Ｏ℃，即使平滑的转子表面，其　热应力也将达到材料屈服极限的数值，很快就会产生疲劳裂纹　２）第３级抽汽、门杆漏汽的影响　由于本台机３抽汽出力不足，门杆漏汽无处“走”而部分排向后两级叶片，造　成蒸汽对金属进行剧烈的凝结放热，使转子外表温度急剧上升，热冲击较大，造　成后两级叶片热疲劳，热应力最大的部位是叶片和轴封处，再加上后几级蒸汽　湿度大．叶片表面及根部可能会产生疲劳裂纹。　现场第一腔室漏汽至三抽管路上的阀门是在关闭状态，“轴封及门杆漏汽”　无处可去，只有主汽门、高调门的门杆漏汽（０．３　ｔ／ｈ）可至三抽（实际因三抽不　投用，这部分汽量也无处可去）。因此，实际“前封第一腔室漏汽Ｇ１及门杆漏汽”　是无出路的，漏汽量为零　在此过程中，三档泄汽的温度比二档泄汽的温度高得　多，蒸气湿度偏大，使转子高压轴封处产生热冲击，造成热疲劳，加速转子裂纹　的产生。　３）汽封蒸汽温度与转子温度不匹配的影响　热态启动时，应先用高温蒸汽送汽封后抽真空，所用蒸汽可使用三段抽汽，　也可根据汽缸温度用邻机三段抽汽，但如果没有明确汽缸在什么温度下，汽封　用什么汽源，完全依靠运行人员经验，极可能出现运行人员对汽封汽源认识上　的偏差，导致汽封送汽温度与转子温度不相匹配，汽源温度低于转子温度，对　前、后汽封造成突然冷却。　本台机汽封送汽温度比３＃机低３５ＫＪ左右，起机时相差８０多度｝因“燃油雾　化气源　问题出现过两次运行中“掉真空　现象，蒸汽与空气交叉的短瞬间汽封　管内疏水无法排走及压缩空气的影响，使存水或冷空气排至前、后汽封，温度远　低于当时的转子叶片温度，对转子、汽封造成突然冷却，产生较大的热应力。　４）启停时喉部喷淋的影响　本台机的喉部喷淋管的开孔方向角太大（本次已改喷射角），在起停时喉部　喷淋电磁阀动作喷淋至末级叶片（由于转子的鼓风作用，所产生的热量不能及　时被蒸汽带走，后汽缸温度高于６５℃时自动喷水），温度远低于当时的转子叶片　温度，对叶片造成突然冷却及水冲击，产生较大的热应力。　５）热变形及蠕变影响　热变形也是一个应当注意的闯题。在汽轮机启动、停机或汽缸疏水不畅时　可能出现这种情况。热变形将会引起转子的弯曲，而发生弯曲的转子投入运行　是很危险的。因此，必须对转子的弯曲度加以检测，严格限制弯曲度，在转子轴　端外缘的晃度应不大于３０　ｕ　ｍ。　蠕变现象是高温区段的材料在离心应力的作用下，缓慢地发生塑性变形的　现象，严重的蠕变损伤将导致材料的断裂　对于经历长期运行的汽轮机转子，应　当检查叶轮外径的增大是否在允许的范围内。　冷机启动用邻机汽源启动对转子的损坏程度尤其大，当热压应力超过金属　材料的屈服极限后，就会在该处产生局部塑性变形。随着转子的不断加热会出　现金属松弛现象，尤其在轴径最大的前汽封和调节级处，这种金属变形现象更　明显。若邻机启动次数增加，其损坏程度更加严重，造成转子表面很陕产生疲劳　裂纹。机组消缺时，需将汽缸温度降到很低，强制冷却汽轮机，使汽轮机带很　少的负荷，到汽轮机的最后几级，甚至变成了鼓风机，因机组鼓风损失产生的　热量带不走，温度很高，而蒸汽处于低温、低压状态，使机组产生很大的热变形，　也会使转子叶片产生裂纹。　２、处理措施及建议　对于汽轮机转子，为保证能够在今后的运行中安全稳定，特提出以下建议：　１）本着减少转子热冲击的原则，尽量减缓机组启停过程中的速率和温度变　化率，加强运行操作过程的检查，冲转前要严格控制汽温、汽压参数，主汽温度　必须比调节级室金属最高温度高５０－１００℃，并且过热度不低于８Ｏ℃。在冲　转时，适当延长冲转时间，机组带负荷、增减负荷的速率减慢，减小扭力的交变　速率。　２）尽量避免定参数启动方式。　３）在机组启动之前要按规定检查各个疏水门的状态，防止上、下缸温差过　大。汽封疏水管要充分疏水，汽封汽源要与汽缸温度匹配，汽缸温度低于１５０℃　时，使用汽平衡来汽作汽封汽源，汽缸温度高于１５０℃时，使用３＃机三段抽汽　作汽封汽源。　４）停机后要严密监视汽缸温度，防止冷水、冷气进入汽缸。　５）机组冷态启动尽量避免使用３＃机汽源启动　６）明年对机组大修时，检查出现裂纹的部位，包括转子轴的轴肩圆弧过渡　处，前轴封轴肩槽底部过渡圆角以及调节级后第一、二压力级部位是否有裂纹。　７）对不合理的系统进行改造，使６级抽汽工作正常，加粗汽封进汽疏水管管　径。　８煨抓检修质量，延长生产周期，减少因主机、辅机设备缺陷造成的停机次　数。　结束语　发现转子叶片有裂纹或断裂的机组，在启／睁过程中应放慢启动速度，延长　启停时间，尽量减小热应力，以保证机组的安全。同时建立、健全机组的寿命管　理体系，加强设备可靠性管理，这是保证设备安全之本。　参考文献　［１】盛伟，肖增弘等，电厂热力设备及运行［Ｍ］，中国电力出版社，２００７　作者简介　姜保利，男，１９６９￣１１月出生。工程师，１９９１年毕业于上海电力学院。研究方　向：发电厂汽机运行及检修技术。　单位地址：山东梁山县杨营镇肥城款矿业集团公司杨营煤矿机电科。　科技博览Ｉ　１

风力发电机组叶片裂纹的分析与预控措施

摘要：风能几乎不产生环境污染。对风力机的核心要求是更高的发电效率和更少的维护成本。风力机中最常见的结构损坏类型是叶片损坏。风力机叶片的损坏不仅会缩短风力机的寿命和发电效率，还会增加监测误差、安全风险和维护成本。此外，叶片成本一般占风机总成本的15%～20%。修复叶片损坏所需的时间最长，成本最昂贵。因此，叶片的早期运维对于风电机组的故障避免、维护规划和运行可持续性具有重要意义。

关键词：控制技术；风力发电；叶片

1风力机叶片的裂纹损伤

风力发电机定浆叶片采用叶尖和叶片主体分离设计,碳管是叶尖和叶片主体的连接轴。某大型风电叶片的碳管出现裂纹或发生断裂,严重影响了风力发电机得正常运行。叶片的损伤一般包含如下几类：（1）连接蒙皮和主梁法兰的胶黏剂层的损伤；（2）前缘或后缘开裂；（3）夹芯层和主梁腹板面损伤；（4）蒙皮和主梁层合板内部损伤；（5）层合板纤维断裂和层压破坏；（6）蒙皮屈曲；（7）胶衣开裂和脱落。根据统计，叶片的典型损伤易发区域如下：

（1）叶根；（2）最大弦长位置。研究人员一般采用断裂力学方法表征损伤的萌生和增长。损伤的扩展取决于裂纹尖端的应变能释放率。计算分层扩展的最常用方法称为虚拟裂纹闭合技术（VCCT）。闭合所有裂纹所需的功用于计算应变能释放率。有限元分析是模拟裂纹扩展的最常用方法。早期叶片损伤主要归因于制造缺陷。对叶片影响最大的缺陷类型主要包括褶皱、孔隙和分层。这些缺陷在类型、尺寸和位置上具有随机性，并且能够大大降低了叶片的力学性能。例如，由于面外褶皱，主梁和叶根的静态抗压强度和刚度降低。面内褶皱会导致静态拉伸强度降低。除上述因素外，黏合缺陷会导致叶片后缘更容易受到损坏。 除制造缺陷，降水和碎片同样是导致叶片损伤的重要原因。雨水、冰雹、烟雾和含沙风容易导致前缘侵蚀。不均匀的积冰会导致旋转不平衡，进而导致发局部损伤甚至失效。此外，水如果通过预先存在的裂缝、表面缺陷或螺栓接头进入叶片，可能会导致叶片树脂和芯材性能显著下降，并且导致叶片重量增加和力学性能退化。在冬季，吸收的水冻结膨胀，会在基体中引发微裂纹、纤维-基体界面脱粘或层间脱粘，最终导致叶片失效。

简谈电厂汽轮机叶片损坏原因及预防

摘要：叶片是汽轮机最精细、最重要的零件之一。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、稳定。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。

关键词：叶片；损坏；脱落；预防

1.引 言

目前在火力发电厂，随着汽轮机组朝着高参数、大容量、高自动化方向发展，系统越来越复杂，设备出现故障的可能性越来越大，故障的危害性也越来越大。近几十年来，国内外已发生多起因叶片故障引发汽轮发电机组整机毁坏事故，其中机械损伤和腐蚀是叶片断裂或脱落的主要原因。从对事故分析来看，这些事故有些可以杜绝发生或者防止，有些是由于技术限制无法解决，并且汽轮机的发展都是往大参数，大机组方向发展，这样出现的事故隐患会很难排除或防止。并且有些事故发生的后果会牵连面很广，在事故发生时由于没有及时正确操作或本身事故发生的危害性很大，结果会使事故范围额外扩大。

2.汽轮机叶片的安全问题

叶片是汽轮机的心脏，也是事故最多的关键部件，它的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电站的安全、满发。由于电力是国民经济的命脉，全世界的电力约有76%来自火电站中的锅炉-汽轮机—发电机以及核电站中的核反应堆-汽轮机-发电机。因此，提高汽轮机叶片的安全可靠性对于满足不断高涨的电力需求，适应国民经济的发展，有着不容忽视的作用。由于叶片高度和蒸汽参数的不断提高，叶片的工作条件也越来越严酷，在进汽端的调节级叶片，要承受最高600℃的高温和喷嘴弧段的巨大冲击力，在排汽端，则要承受巨大的离心力和接近两倍音速的湿蒸汽流的冲刷，而所有动叶片部承受着多种形式的周期性或随机性激振力作用而处于强迫振动之中。正是这些不利条件使叶片长期成为汽轮机中影响安全、满发的最主要的因素。

Only those who are constantly looking for opportunities will seize opportunities in time.整合汇编

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汽轮机叶片损坏事故及预防

中间再热式汽轮机，参数高、容量大、汽缸数目多，又有内外缸之分，因此汽缸和转子的膨胀关系比较复杂。汽轮机通流部分的磨损，一般发生在机组启、停和工况变化时，产生磨损的主要原因是：汽缸与转子不均匀加热和冷却；启动与运行方式不合理；保温质量不良及法兰螺栓加热装置使用不当等。动静部分在轴向和径向磨损的原因，往往很难绝对分开，但仍然有所区别。在轴向方面，沿通流方向各级的汽缸与转子的温差并非一致，因而热膨胀也不同。在启动、停机和变工况运行时，转子与汽缸膨胀差超过极限数值，使轴向间隙消失，便造成动静部分磨损，在消失的时候，便产生汽封与转子摩擦，同时又不可避免地使转子弯曲，从而产生恶性循环。另外，机组振动大和汽封套变形都会引起径向摩擦。通流部分磨损事故的征象和处理如下：转子与汽缸的相对胀差表指示超过极值或上下缸温差超过允许值，机组发生异常振动，这时即可确认为动静部分发生碰磨，应立即破坏真空紧急停机。停机后，如果胀差及汽缸各部温差达到正常值，方可重新启动。启动时要注意监视胀差和温度的变化，注意听音和监视机组的振动。如果停机过程转子惰走时间明显缩短，甚至盘车启动不起来，或得盘车装置运行时有明显的金属摩擦声，说明动静部分磨损严重，要揭缸检修。

1 常见叶片事故发生时的征象、原因及预防措施

叶片断落的征象

汽轮机在运行中发生叶片断落一般有下列现象：

汽轮机内部或凝汽器内有突然的响声，此时在汽轮机平台底层常可清楚地听到。机组发生强烈振动或振动明显增大，这是由于叶片断落而引起转子平衡破坏或转与落叶片发生碰撞摩擦所致。但有时叶片的断落发生在转子的中间级，发生动静部分摩擦时，机组就不一定会发生强烈振动或振动明显增大，这在容量较大机组的高、中压转子上有时会遇到。当叶片损坏较多而且较严重时，由于通流部分尺寸改变，蒸汽流量、调速汽阀开度监视级压力等与功率的关系部将发生变化。若叶片落入凝汽器，则会交凝汽器的铜管打坏，使循环水漏入凝结水中，从而表现为凝结水硬度和导电度突增。若机组抽汽部位叶片断落，则叶片可能进入抽汽管道，使抽汽止回阀卡涩，或进加入热器使管子损坏，导致水位升高。停机过程中，听到机内有金属摩擦声，惰走时间减少。