汽轮机叶片断裂分析

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。

某电厂 #3机叶片断裂故障分析及处理摘要：某电厂#3汽轮机叶片大修时发现一叶片断裂，为了避免机组重大事故发生，电厂对断裂原因进行了分析并制定了防范措施关键词：汽轮机、叶片，断裂，疲劳，振动1.机组概况#3机是上海汽轮机厂制造的单缸、冲动、抽汽冷凝式具有一级调整抽汽汽轮机，型号：C60-8.83/1.275-2。

机组额定功率50MW（已扩容至60MW），主蒸汽压力：8.83MPa，主蒸汽温度：535℃，低压调整抽汽压力：1.27 MPa。

2004年，由哈尔滨哈汽电站设备有限公司改造扩容，由50MW扩容至60MW。

机组上次大修时间2013年5月。

二、故障介绍2017年9月10日热电站3#机组因发电机差动保护动作联锁停机，因发电机转子需出厂抢修，#3汽轮机转大修，同步开展寿命评估工作。

汽轮机开缸后发现末三级动叶片有两片断裂（见图1）。

转子外观目测发现末三级叶片大面积击打损伤，经省特检院磁粉检测，末三级需更换叶片37片，热电厂报采购计划，哈尔滨哈汽电站设备有限公司加工新叶片。

10月11日，我厂认为末四级叶片进汽侧也存在击打损伤，为确保安全再次联系省特检院对末级四叶片进行检测，经检测末四级叶片需更换41片。

10月28日，转子运往北京北重汽轮电机有限责任公司，更换叶片，拔末四级叶轮配合大轴检测等寿命评估相关工作。

11月4日，末三级、末四级叶片拆卸完毕，省特检院结合寿命评估对末三、末四级叶片进一步检测，根据DL/T 438-2016《火力发电厂金属技术监督规程》第12.2.1节规定，省特检院认为末三级共126片叶片进汽侧均存在大量严重的碰撞痕印和划痕需全部更换（见图2），末四级叶片有85片叶片的进汽侧存在严重的碰撞痕印需更换，并告知我厂。

11月6日，热电厂机动科、公司机动处、省特检院共同到北重对拆卸的叶片进行检查确认，同意按照特检院建议的叶片更换数量进行更换，热电厂提报紧急采购计划，哈汽电站设备有限公司加工新叶片，对上述叶片更换。

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。

2020.12 EPEM73发电运维Power Operation某厂给水泵汽轮机叶片断裂振动分析大唐郓城发电有限公司 张 超 夏洪刚 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 吴 韬 李燕平摘要：针对某厂给水泵汽轮机运行中出现的振动突增问题，结合设备历史情况，通过数据振动特征进行分析，诊断为给水泵汽轮机汽缸内发生叶片断裂故障。

关键词：给水泵汽轮机；振动；叶片断裂某厂给水泵汽轮机在运行中出现振动突增问题，查找该设备历史检修和运行情况，结合振动数据进行分析，诊断为给水泵汽轮机汽缸内发生叶片断裂故障。

为保证电力安全生产，机组及时停机检查，发现第10级动叶断裂脱落两片。

叶片断裂属于严重安全隐患，对此类问题的及时、准确分析并转入检修可降低设备维护成本，避免重大安全事故，应引起设备管理专家足够的重视。

1 设备概况某厂2号机组给水泵汽轮机（简称小机）是 SIEMENS（西门子公司）生产的型号GK32/56 DCH-6，单缸双进汽冲动凝汽式汽轮机，级数共有12级，工作转速为3500~5700r/min。

设计共两路汽源，高压汽源（主汽）16.7MPa/510℃，低压汽源（四抽）1.19MPa/368.8℃，排汽压力为6.7kPa。

2014年8月6日08:33在升转速至5070rpm 过程中小机振动突增，前轴承X 向振动由40μm 增大至114µm，Y 向振动最大达到85µm，且振动爬升后一直稳定在较高的数值上，其后未见增大趋势。

本次异常为首次发现掉叶片的时间，振动突增后振动数值基本维持稳定，本次未作处理，观察运行。

2015年1月6日小机升转速至5300转时，1X 振动突增至200μm，2X 振动为141μm，保护动作小机打闸。

2015年1月8日解体小机，检查发现小机转子第10级叶片断裂两处，但只发现脱落叶片1根，另一根叶片已基本碾碎。

返厂切除部分动叶片10片（第10级共计81片），1月21日小机投入运行，小机累计退备15天（图1）。

660MW机组送风机叶片断裂原因分析摘要：叶片作为燃气轮机能量转换的核心部件，长期受到高离心力、气动力等复杂交变载荷的作用，致使其故障频发。

据统计，叶片故障在燃气轮机总故障中占42%，其中，动叶片断裂为其主要故障形式。

一旦发生动叶片断裂故障，将显著影响机组性能效率，若不能在断裂前或断裂瞬态实现故障预警与诊断，高速脱落的叶片还会打伤其余叶片及机匣，甚至引发燃机损毁的严重事故。

关键词：660MW机组;送风机;叶片断裂;原因分析引言本文针对660MW机组锅炉送风机在正常运行过程中出现由叶片断裂造成的设备运行参数异常，进行原因分析，并结合断裂原因总结本次送风机叶片断裂事故的教训，从而为后续或同类型风机设备的检修提供参考依据。

1事件过程2020年1月9日08:00，4#机组负荷400MW，A送风机动叶开度39%左右，电流58A左右;B送风机动叶开度35%左右，电流53A左右。

监盘人员发现B送风机前轴承振动由1．3mm/s升至4．3mm/s，后轴承振动由1．6mm/s升至5．6mm/s。

值长立即通知相关人员就地检查，运行人员检查发现B送风机内部有异音，就地实测最大振幅为41μm，而外部委托单位检查后回复，B送风机运行正常。

运行车间要求加强对B送风机的监视和检查。

1月10日07:56，发现4#炉B送风机振动呈增大趋势，异音也较之前有所增加;23:204#炉B送风机停运转检修，经检查发现有4片动叶损坏。

1月11日10:50，动叶更换完毕后，B送风机并入系统运行，与叶片断裂前相比发现，在动叶开度相同的情况下，B送风机电流高10A左右，振动也有所增大，在3．5mm/s左右。

1月13日00:50，监盘人员发现4#炉B送风机有“后轴瓦振动大”报警信号发出，DCS显示振动6．5mm/s。

就地检查发现B送风机内部有明显异音，就地振动大，监盘人员怀疑叶片再次断裂，立即停运B送风机。

03:004#炉B送风机停运后经检查发现多块叶片损坏。

汽轮机低压叶片损坏原因分析及防范措施027200摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对汽轮机的应用也越来越广泛。

本文就汽轮机低压叶片损坏原因及防范措施进行研究，采取控制机组辅助调峰时低压缸零出力投入与退出速率、控制机组负荷速率、控制汽轮机主再热汽温、控制汽轮机进汽方式等措施，可有效减少低压叶片的损坏，保障电网稳定运行。

关键词：汽轮机；叶片；磨损引言在双碳战略目标背景下，清洁能源装机量和发电量占比不断增加，火电机组积极开展转型升级，节能降耗改造、供热改造和灵活性改造的三改联动逐步推进，以满足节能降耗和消纳风电、光伏等清洁能源的要求。

研究深度调峰和供热工况下汽轮机低压缸叶片的安全稳定运行问题具有重要的现实意义。

1低压叶片损坏的原因根据相关数据，本文分析了机组跳闸的事故原因，其具体包括3个方面。

（1）起因：2号低压电子末端叶片断裂，排汽倒流环脱落。

（2）经过：汽轮机转子轴系质量大、不平衡及严重的动静磨损。

（3）结果：轴系瞬间失衡，振动大跳闸。

结合以上情况，我司根据相关理论和实际经验进行了仔细研究，发现低压叶片损坏与以下5点关系密切。

（1）与机组辅助调峰时低压缸零出力频繁投入和退出有关。

受电网负荷峰谷差较大影响，机组经常辅助调峰，频繁调峰导致供热不足。

为满足供热需求，低压缸会频繁进行零出力投入与退出。

在零出力切换过程中，LV阀关闭到20%前，低压缸次末级叶片温度变化较小（175MW负荷时LV阀开度100%，次末级温度在40℃左右，当负荷减至125MW，LV阀开度在20%时，温度也为40℃）。

由此可确认，当LV阀开度大于20%时，蒸汽流量足够冷却次末级叶片；当小于20%后再关闭LV阀时，低压缸次末级叶片温度开始大幅上升，规程要求次末级叶片温度控制在120～140℃之间，蒸汽流量必须大于15t/h。

因此，为防止低压叶片损坏，应控制低压缸零出力投入与退出温升温降。

（2）与汽轮机负荷速率有关。

压叶片出现损坏与汽轮机负荷速率有很大关系，其具体原因为：汽轮机叶片寿命缩短；汽轮机负荷调整，进气量发生变化，突增突减；转子和气缸受到冷却或加热过快；气缸内外温差变化较大；交变应力随之变大。

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。