发动机低压涡轮工作叶片裂纹失效分析

Civil Aviation University of China 毕业设计(论文)专业：发动机动力工程学号：XXXXXXXX学生姓名：XXX所属学院：中国民航大学指导教师：XXX二〇一一年十月中国民航大学本科生毕业设计(论文)涡轮叶片断裂故障的分析与预防措施THE ANALYZING AND PREVENTIVE MEASURE OF TURBINE BLADE CRACKFAULT专业：发动机动力工程学生姓名：XXX学号：XXXXXXX学院：中国民航大学指导教师：XXXX2011年 10月创见性声明本人声明：所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果，论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果，均加以特别标注并在此表示致谢。

与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

毕业论文作者签名：签字日期：年月日本科毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计（论文）的规定。

特授权中国民航大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘。

（保密的毕业论文在解密后适用本授权说明）毕业论文作者签名：指导教师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日涡轮叶片断裂故障的分析与预防措施XXX摘要：涡轮转子叶片是把高温燃气的能量转变为转子机械功的重要零件工作时，它不仅被经常变化着的高温燃气所包围并且还承受着高速旋转产生的巨大离心力气体和振动负荷等，此外还要经受高温燃气引起的腐蚀和侵蚀，因而涡轮转子叶片的工作条件是恶劣的,它是决定发动机寿命的主要零件之一,因此涡轮转子叶片的故障是不可忽视的。

涡轮叶片的断裂故障往往导致下面整个阶段的损失并且对涡轮机的可用性造成重大影响。

涡轮叶片断裂故障的研究分析对于涡轮机耐用性的有效管理是非常必要的。

电站汽轮机低压转子次末级叶片开裂原因分析叶片是电站汽轮机中完成能量转换的重要部件，汽轮机叶片工作条件恶劣，长期在高温、高压介质环境中做高速旋转，承受相当大的应力，同时还要传递动蒸气产生的扭矩，受力情况复杂。

电站汽轮机有多级叶片，每级叶片又有多只叶片，只要其中一只叶片出现问题，就有可能发生事故，导致机组停运，造成重大经济损失。

因此，汽轮机叶片的可靠性对火电机组安全、稳定运行有十分重要的意义。

蒙西某火电厂200MW机组在检修中发现汽轮机低压转子正反向次末级叶片叶身发生多处横向开裂。

该汽轮机是哈尔滨汽轮机厂有限公司生产的，型号C145/N200-12.7/535/535，为超高压、一次中间再热、三缸两排气、单抽气冷凝式汽轮机，该机主蒸气温度为535℃，主蒸气压力为12.75MPa，再热蒸气温度535℃，再热蒸气压力2.18MPa。

叶片材质2Cr13。

次末级叶片发生开裂现象，给机组的安全稳定运行带了来极大的威胁。

本文对该汽轮机叶片开裂原因进行分析，并提出针对性建议，以防止同类型事故的再次发生，提高机组运行的安全性和可靠性。

1. 汽轮机次末级叶片开裂试验分析（1）宏观形貌观察从现场渗透检测结果可看出，开裂现象都发生在次末级叶片，开裂部位均位于叶片拉筋与叶根之间近拉筋侧，裂纹垂直于叶片长度方向，如图1所示。

对开裂叶片进行宏观观察，发现叶片进气侧表面存在大量腐蚀坑。

选取开裂严重的一只叶片，将开裂部位打开进行断口宏观形貌检查。

叶片断口表面齐平，未见明显的塑性变形，也未见明显的机械损伤等缺陷。

断裂面是典型的疲劳断口，断口上初始断裂区、裂纹扩展区等特征区域清晰可辨，开裂起源于叶片出气侧边缘圆弧处，并向进气侧扩展，开裂方向与叶片长度方向垂直。

起裂区所占面积较小，断口的大部分为扩展区，有典型的“海滩状”疲劳条带形貌，如图2所示。

图1 低压转子次末级叶片开裂渗透检测照片图2 开裂叶片表面及断口宏观形貌图3 叶片断口SEM形貌（2）断口SEM检测利用扫描电子显微镜（SEM）对断口进行观察，可以看出，断口初始断裂区呈现典型的“冰糖状”晶间开裂形貌，晶粒较为细小，伴生有较多的晶间裂纹；在近起裂区的断口边缘存在腐蚀坑，深度约为0.2mm，腐蚀坑内部可观察到明显“泥坑状”形貌，具有典型的应力腐蚀特征。

第 63 卷 第 2 期2021 年 4 月汽 轮 机 技 术TURBINE TECHNOLOGYVol. 63 No. 2Apr. 2021电站汽轮机低压转子叶片裂纹形成原因分析刘文生(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中电力试验研究院，郑州450000)摘要:对某电厂汽轮机低压转子末3级含裂纹叶片取样,进行宏观观察、光谱分析、力学性能试验、显微硬度检验、 显微组织及能谱等分析。

试验结果表明：叶片的合金成分符合相关要求，叶片材料的强度、塑性和韧性等相关指标 均符合标准要求;裂纹起源及裂纹尖端未见腐蚀性元素。

叶片热处理工艺控制不佳，岀汽侧边缘硬度和组织不均匀,存在较大的残余应力，材料的抗疲劳性能降低，塑韧性变差，在离心力和蒸汽压力等周期性交变应力作用下发 生疲劳开裂。

实现叶片岀汽侧边缘硬化层的无损检测是未来发展的一个重要方向。

关键词：低压转子叶片；出汽侧边缘;硬度不均匀；疲劳开裂分类号:TG142.73 文献标识码：A 文章编号：1001-5884 (2021 )02-0157-04Cause Analysis of Blade Fracture for Steam Turbine Low-pressure Rotorin One Power PlantLIU Wen-sheng( Central-China Electric Power Research Institute, China Datang Corporation Science andTechnology Research Institute, Zhengzhou 450000, China )Abstract :Macroscopic observation, spectral analysis , mechanical property test, micro-hardness test, microstructure andenergy spectrum analysis were carried out which taken from the last 3rd stage fractured blades of a steam turbine low-pressure rotor in a power plant. The results show that the alloy composition of the blade meets the relevant requirements ,and the strength , plasticity and toughness of the blade meet the requirements of the standard. Meanwhile no corrosive elements were found at the crack origin and crack tip. The hardness and microstructure of the outlet side edge are notuniform because of the improper heat treatment. This leads to the large residual stress, the lower fatigue resistance andpoorplastic toughness. So the fatigue crack occurred under the action of periodic alternating stresses such as centrifugal force andsteam pressure. And it is an important direction for the future development to realize the non-destructive testing of the hardened layer in the outlet side edge of blade.Key words : low-pressure blade ； outlet side edge ； uneven hardness ； fatigue cracking0前言1试验材料及方法汽轮机动叶片是汽轮机将汽流的动能转换为机械能的重要金属部件，在工作过程中，汽轮机动叶片承受的是转子 旋转时离心力引起的拉应力、蒸汽流压力引起的弯曲应力和扭力以及复杂的交变应力［1］。

电站汽轮机低压转子次末级叶片开裂原因分析首先，材料失效是导致低压转子次末级叶片开裂的主要原因之一、汽轮机低压转子叶片一般采用高温合金材料，该材料具有良好的高温强度和耐腐蚀性能。

然而，长时间高温、高应力和循环载荷的作用下，材料会出现硬化、塑性变形减小和晶界与晶内空洞的形成等现象，进而导致叶片表面产生裂纹。

此外，材料的制造工艺和热处理也可能存在问题，如气孔、夹杂物和残余应力等。

其次，设计缺陷也会引起低压转子次末级叶片开裂。

转子叶片的设计应该满足一定的强度和刚度要求，能够承受高温、高应力和循环载荷的作用。

但在实际工作中，由于叶片结构的不合理和应力集中等问题，会导致叶片易于开裂。

例如，叶片的结构过于薄弱，存在局部应力集中的地方，容易出现应力集中导致的裂纹。

此外，叶片间隙设计不合理、叶片固定不牢固等也可能导致叶片开裂。

另外，操作和维护过程中的失误也可能导致低压转子次末级叶片开裂。

例如，汽轮机的启停过程中，由于温度和压力的快速变化，可能导致叶片温度和应力的不均匀分布，从而引起开裂。

此外，刀片清洗和保养过程中使用不当的清洗液和工具，也可能对叶片材料造成腐蚀和损伤，进而导致叶片开裂。

最后，外界因素也可能导致低压转子次末级叶片开裂。

例如，随着汽轮机使用时间的增加，环境条件和工况可能发生变化，如蒸汽的温度和压力等。

这些变化会对叶片产生不同程度的影响，从而导致叶片开裂。

此外，环境腐蚀、振动和冲击等也可能引起叶片开裂。

为了避免低压转子次末级叶片开裂，首先应选择合适的材料，并正确进行材料的制造工艺和热处理。

同时，需要设计合理的叶片结构，减少应力集中的可能性。

在操作和维护过程中，要注意合理的操作和保养，并遵循相关规定和标准。

此外，还应定期进行检测和维护，及时发现和处理叶片开裂问题。

航空发动机涡轮叶片失效分析与评估航空发动机的涡轮叶片是关键的组成部分，其质量和可靠性直接影响飞机的性能和安全。

因此，对涡轮叶片失效进行分析与评估至关重要。

本文将从失效原因、失效分析方法以及评估措施等方面进行探讨。

一、失效原因涡轮叶片失效可以由多种原因引起，下面列举了一些常见的失效原因：1. 疲劳断裂：由于长期受到循环载荷的作用，涡轮叶片会发生疲劳断裂，导致叶片失效。

2. 热腐蚀：高温环境下，涡轮叶片会受到氧化和腐蚀的影响，逐渐失去材料的强度和形状稳定性。

3. 过热变形：在高温运行条件下，涡轮叶片可能会由于过渡区域温度过高，导致叶片变形或扭曲失效。

4. 引气失效：由于引气部件的故障或设计不当，空气流动异常，造成叶片受到不正常的载荷，导致失效。

5. 疲劳腐蚀裂纹：在高温、高腐蚀环境下，涡轮叶片可能同时受到疲劳和腐蚀的作用，导致裂纹的生成和扩展。

二、失效分析方法为了准确分析涡轮叶片失效的原因，通常采用以下方法进行研究：1. 金相分析：通过金相分析，可以观察到叶片内部的组织结构、晶界和缺陷，判断是否存在材料缺陷或应力集中等问题。

2. 热分析：利用热分析技术，如差热分析（DSC）和热重分析（TGA），可以研究涡轮叶片在高温环境下的热稳定性和热腐蚀性能。

3. 腐蚀分析：通过化学腐蚀试验和电化学测试，可以评估涡轮叶片在腐蚀环境下的耐蚀性和腐蚀速率。

4. 超声波检测：利用超声波检测技术，可以对叶片内部存在的裂纹、夹杂物和松动部分进行无损检测，确定可能存在的缺陷。

5. 仿真模拟：采用有限元分析和流体动力学模拟等数值模拟方法，对涡轮叶片在实际工作条件下的应力、温度分布进行模拟分析，预测叶片的寿命和失效形式。

三、评估措施针对涡轮叶片失效的原因和分析结果，可以采取以下评估措施：1. 材料选择与优化：针对不同工作条件和失效类型，选择合适的高温合金材料，并通过优化材料结构和热处理工艺等方式，提高叶片的抗疲劳和抗腐蚀能力。

2. 检测与监测：建立完善的涡轮叶片检测和监测系统，及时发现叶片的缺陷和异常情况，进行预防性维修和更换。

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。

650MW核电汽轮机低压次末级动叶片根部断裂原因分析与处理王宏星1，葛海华2（1.海南核电有限公司商务合同处，海南昌江572733；2.中核核电运行管理有限公司物资采购处，浙江海盐314300）摘要：秦山第二核电厂650MW汽轮机低压次末级动叶片发生断裂,导致机组紧急停机。

文中通过对叶片断裂缺陷的根本原因分析，提出改进现有结构叶片型式，利用凸台拉筋整圈连接避开叶片高频共振区域，通过制造叶片试样进行试验论证，证明改进措施是合理可行的。

对海南核电650MW汽轮机的运行与检修提供了借鉴与参考。

关键词：汽轮机；低压次末级动叶片；断裂；振动中图分类号：TK263.3文献标志码：A文章编号：1002-2333（2017）12-0166-04 Treatment and Analysis on Root Fracture Causes of Low-pressure Last Stage Moving Blade in650MW NuclearPower TurbineWANG Hongxing1,GE Haihua2（1.Business Contract Agency,Hainan Nuclear Power Co.,Ltd.,Changjiang572733,China;2.China Nuclear Power Operation Management Co.,Ltd.,Haiyan314300,China）Abstract:The root fracture of low-pressure last stage moving blade in650MW nuclear power turbine of Qinshan second nuclear power plant causes an emergency shutdown.This paper analyzes cause of blade fracture defect,and improves existing structure blade type.The whole high frequency resonance region of the blade is avoided by using the whole ring of the lug boss.It is proved that the improvement is reasonable and feasible by the blade specimens.It provides reference for operation and maintenance of650MW turbine in Hainan nuclear power plant.Keywords:steam turbine;low-pressure last stage moving blade;fracture;vibration0引言叶片是汽轮机的重要零部件，在汽轮机中承担着把蒸汽的热能转化为机械能的重要任务。

探究导致低压缸末级叶片损坏原因摘要：本文对127MW汽轮机低压缸末级叶片断裂原因进行了全面的分析，对末级叶片断裂主要原因进行详细探究。

由于汽轮机频繁启停增加了机组低频疲劳，尤其影响低压缸末级叶片，低负荷工况下，蒸汽流动条件的改变，可能背压造成末级叶片冲击。

关键词：末级叶片；背压；断裂1、概述某电厂机组在做完甩负荷试验时，机组转速3300rpm时，机械超速保护动作后，转速下降到2800rpm，按照规定不应低于2950rpm，停机后立即安排检查，发现低压缸末级叶片多处扭曲损坏，部分末级叶片存在不同程度的变形，小部分脱落。

在低压缸末级叶片多处有断裂、开裂现象。

汽机末级动静叶片损坏，尤其末级动叶片受损严重，变形特征相同。

2、汽轮机低压缸叶片型式及存在的隐患汽轮机采用的是三压再热式双缸、双缸向下排汽、凝汽式汽轮机，由锅炉产生的高压、再热及低压蒸汽，通过置于机组左侧的一组截止阀和控制阀，依次进入高中低压缸在联通管中，低压主蒸汽与中压汽机排汽混合，然后流经低压缸，并最后排入凝汽器。

蒸汽是在汽机叶片间的空间流动做功，流入汽轮机的蒸汽的质量与流出是一样的，但汽机入口处蒸汽温度压力都比较高，体积较小，蒸汽在汽轮机内部做工后出口处功伴随着压力和温度的降低，而汽体体积膨胀，需要更大的通流面积才能排出相同质量的蒸汽，所以汽机末级叶片是最长的。

由于机组为单轴机组，发电机、燃气轮机、蒸汽轮机布置在一根轴上，当燃机开始启动到并网以及直到汽轮机进汽前，锅炉在启动阶段尚且不能产生满足汽机进汽条件的蒸汽，而汽机高速旋转的同时使叶片温度上升，没有足够蒸汽或者说蒸汽量不够的时候，热量无法快速被带走，就会造成叶片超温，而低压缸叶片最长，其温度上升最为明显，因此在机组启动期间，应设置有相应的冷却蒸汽进入低压缸，带走因鼓风摩擦产生的热量，对其进行冷却。

汽轮机在运行时外来杂物会造成叶片损坏。

汽机在高速旋转过程中,若有异物进入叶片动静间隙，会对叶片造成严重损坏。

某型发动机涡轮叶片榫头裂纹故障分析作者：闻腾炬王宏卫梁鹏来源：《航空维修与工程》2020年第10期摘要：某型发动机大修时，荧光检查发现涡轮I级转子叶片第一道榫齿（近叶身）有裂纹，为该系列发动机修理中首次发现。

通过系统的故障分析，确定了故障原因，杜绝了风险隐患。

关键词：涡轮叶片；裂纹；疲劳Keywords：turbine blade；crack；fatigue1 故障描述某型发动机大修时，荧光检查发现涡轮I级转子38号叶片第一道榫齿（近叶身）有裂纹显示，从荧光显示走向来看，裂纹沿榫齿根部延伸至榫头端面（见图1）。

为进一步确定故障性质，将叶片榫头端面抛光后在显微镜下观察，确定荧光显示区域为裂纹（见图2）。

此故障为该型发动机修理中的首次发现。

2 问题定位根据故障现象，分析可能导致涡轮叶片榫头裂纹的原因，列出故障树（见图3），对故障树每个底事件进行分析、排查，找出涡轮I级转子叶片榫头裂纹的原因。

3 排查情况3.1 叶片与减振垫磨损情况对比分析I级叶片装配时在下缘板之间需安装减振垫，以达到约束叶片振动的作用（见图4）。

发动机工作时，叶片受气流激振，下缘板会与减振垫产生磨损。

对比故障叶片及该级其余叶片下缘板与减振垫接触部位的磨损痕迹发现，各叶片在相同部位均有磨损痕迹，38号叶片的磨损痕迹较为明显，不过该级叶片中的36号叶片的磨损痕迹与之相近（见图5）。

由此可以确定，38号叶片下缘板与减振垫接触部位是正常磨损痕迹。

3.2 叶片与盘配合部位的微动磨损分析对比故障叶片与该台发动机其余I级叶片榫头工作面的磨损情况，故障叶片榫头磨损宏观形貌与其余叶片相似，为工作面在应力作用下的正常微动磨损。

裂纹起源于榫齿根部，该部位在工作时与榫槽不接触，实际检查该处时也无接触磨损痕迹。

3.3 涡轮盘外观及探伤检查目视检查涡轮盘榫槽表面状态，与其余榫槽相比，38号榫槽的工作面有正常磨损痕迹，无明显差异。

各榫槽未见榫齿变形、崩齿、剥落故障。

汽轮机断裂叶片检测与失效原因分析汽轮机是一种重要的发电设备，而叶片是汽轮机中最重要的零部件之一。

叶片在高温、高压、高速等复杂工况下运行着，因此容易出现断裂和失效现象。

本文将从汽轮机叶片断裂检测和失效原因分析两个方面进行探讨。

首先是汽轮机叶片断裂检测。

汽轮机叶片断裂检测是通过非接触式的无损检测方法进行的。

常用的方法有振动检测、声发射检测、超声波检测等。

振动检测是通过监测叶片振动幅值和频率变化来进行检测的。

声发射检测是依靠叶片断裂时产生的声波信号进行检测。

超声波检测是通过将超声波传入叶片内部，来检测叶片内部是否存在裂纹、气孔或疏松等缺陷。

这些检测方法能够高效地检测出汽轮机叶片的裂纹和疲劳损伤等缺陷，从而及时进行叶片更换和维修，保证汽轮机的正常运行。

其次是失效原因分析。

汽轮机叶片失效的原因很多，具体可以分为以下几种：1. 疲劳失效：由于汽轮机叶片工作条件的严酷，会不断受到高温、高压和高速等不利因素的影响，导致叶片内部产生裂纹，最终发生疲劳断裂。

2. 温度失效：汽轮机叶片内部温度过高，容易形成热裂纹，在长时间的运行过程中，热裂纹会不断扩大，最终导致叶片断裂。

3. 慢性损伤失效：汽轮机叶片使用年限较长，外部和内部环境的腐蚀、磨损、孔洞等因素的作用下，叶片表面和内部产生慢性的损伤，导致叶片失效。

4. 突发失效：突发失效是指汽轮机叶片在正常工作情况下突然出现断裂现象，这种现象往往是由于过程中叶片与外界因素的碰撞或其他异常原因造成的。

总之，汽轮机叶片的断裂检测和失效原因分析是汽轮机维护和保养工作的重要组成部分。

只有及时发现并解决问题，才能保证汽轮机的正常运行和安全使用。

为了分析汽轮机叶片的断裂情况，我们可以列出相关数据。

列出的数据包括常见的汽轮机失效类型、失效原因、叶片平均使用寿命等，其具体数据如下：1. 汽轮机叶片失效类型：- 疲劳失效：占总失效数的70%- 突发失效：占总失效数的20%- 慢性损伤失效：占总失效数的10%2. 汽轮机叶片失效原因：- 疲劳失效：占总失效数的70%- 温度失效：占总失效数的10%- 慢性损伤失效：占总失效数的15%- 其他：占总失效数的5%3. 叶片平均使用寿命：- 疲劳失效：平均使用寿命为3-5年- 温度失效：平均使用寿命为5-8年- 慢性损伤失效：平均使用寿命为8-10年通过对以上数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 汽轮机叶片的主要失效类型是疲劳失效，占总失效数的70%，说明汽轮机叶片在高温、高压、高速等复杂工况下工作，易出现疲劳损伤。

航空发动机涡轮叶片失效分析摘要：发动机涡轮叶片在成品检验和工厂试车后检验时，发现大量叶片榫头存在聚集性点状显示。

某型发动机大修时，荧光检查发现涡轮转子叶片榫齿有裂纹，为该系列发动机修理中首次发现采用扫描电镜观察和金相分析，研究了荧光显示部位缺陷的性质及其产生的原因。

结果表明荧光显示部位存在明显的显微疏松，摔头处有清晰的磨削痕迹，局部有微裂纹。

显微疏松在磨削应力作用下局部撕裂，磨削痕迹使显微疏松连接成片，从而导致聚集性荧光显示。

关键词：涡轮叶片；裂纹；失效涡轮发动机叶片作为航空发动机中最重要的关键部件之一，在很大程度上决定了发动机性能。

在高速运转的状态下，涡轮叶片需要同时承受着离心力、热应力、振动应力以及气动应力等各种复杂交变载荷，而且随着工作温度和载荷循环次数的变化，受力状态较为复杂，在高温下工作的涡轮叶片极有可能出现蠕变损伤和疲劳损伤，在工作中出现失效的概率较高。

目前，高温合金已被广泛地应用在制造航空发动机的热端部件上。

随着发动机性能的不断提高，对高温合金力学性能和承温能力的要求也越来越严格。

为了更好地适应需求，镍基高温合金经历了等轴晶、定向凝固柱状晶和单晶的发展历程。

柱状晶合金由于消除了与应力轴垂直的横向晶界，使其具有优异的高温力学性能，同时柱状晶叶片的制造成本一般小于单晶合金，因此大量三代、四代航空发动机选用定向柱晶涡轮叶片。

涡轮叶片主要采用熔模铸造成形，叶片榫齿作为叶片与涡轮盘的关键装配部位，其尺寸精度要求较高，需要对叶片榫齿部位进行磨削加工。

铸造高温合金多用于一些关键的高温承力部件，如叶片、盘等。

铸造镍基高温合金合金化元素高，加之叶片形状和结构的复杂性，夹杂是铸造高温合金中常见的一类冶金缺陷。

夹杂等内部冶金缺陷的存在，不仅会破坏基体连续性，而且会使零件性能出现很大的差异，尤其是一些超标的夹杂缺陷的存在，容易在缺陷处产生应力集中，导致裂纹萌生，最终有可能引发疲劳断裂。

尤其对于航空航天领域的叶片、盘一类的转动部件，一旦发生断裂，将造成灾难性的后果。

某电厂#2机汽轮机末级叶片断裂分析摘要：汽轮机末级叶片是火力发电厂的重要零部件，末级叶片断裂是机组运行中比较常见的故障，对汽轮机组的安全、经济运行有着直接影响。

为此，本文以某电厂#2机汽轮机2023年4月12日末级叶片断裂事故为例，采用断裂叶片进行宏观检查分析、化学成分分析、力学性能试验、金相组织分析等理化检验与断口分析方法，对#2机汽轮机末级断裂的低压转子叶片进行综合性失效分析，并结合相关事故处理经验，采取针对性的整改措施。

结果表明:#2机汽轮机末级叶片断裂是在交变应力反复作用下引起的。

叶片基体母材与司太立合金片镶焊L形直角应力集中位置萌生了疲劳裂纹，降低了叶片的耐冲蚀能力，最终导致叶片疲劳断裂。

关键词：2号机；汽轮机；末级叶片；断裂；分析；断裂原因；整改在电厂所有事故中，汽轮机叶片疲劳断裂是其中最常见的一种，这是由于叶片的汽轮机运行中处于应力状态、工作温度、环境介质等恶劣环境。

叶片断裂的形式主要根部断裂和中部断裂两种。

在汽轮机运行中，叶片常常会受到转子旋转时的拉应力、弯曲应力和扭力等作用，最终会导致叶片疲劳断裂。

某电厂2号机为哈尔滨汽轮机厂引进美国西屋技术生产的N320—16.7/537/537型单轴反动凝汽式汽轮机，为亚临界、一次中间再热。

自机组投运以来，分别于2004年5月、2005年1月、2006年4月、2020年2月开展了四次检修。

从检修结果可以看出，在四次检修工作中发现#2机汽轮机末级叶片出现早期断裂的质量问题，由于未达更换叶片处理要求，只进行补焊处理，为叶片断裂留下隐患。

2023年4月12日23:45:25，#2、#3、#4瓦在23:45:25振动突然增大，故对本次#2机汽轮机末级叶片断裂进行如下分析：1 机组检修情况某电厂2号机自投运以来，开展了四次大修，具体检修情况如下：（1）2004年5月24日凌晨2点，#2机#4瓦振动大跳机，后直接转小修。

小修情况：开低压缸检查，发现末级叶片拱形围带有部分断裂飞脱，机侧9片，电侧4片，且有两处拉筋断裂造成相邻两叶片有错口现象。

核电站汽轮机低压转子叶片根部裂纹形成过程分析摘要：本文以低压转子叶根断裂为研究对象，通过断口微观形貌、化学成分、金相组织、力学性能等方面的分析，结合断口氧化薄膜形成的时间，以及断口初始应力的逆向推算，获得叶尖粗糙度与内径偏差过大而引起微动疲劳开裂的原因。

防止叶根开裂的基本措施是对叶根安装间隙及叶根内表面粗糙度的检测和控制。

对叶根裂纹起裂寿命进行评价，可用于指导汽机转子动叶大修，减少长时间的频繁拆检和运行监控费用。

关键词：核站电汽轮机；低压转子叶片；根部裂纹；寿命分析核电汽轮机组设计容量为1000 MW，采用 GE公司研制的饱和蒸汽、中再热、冲动式汽轮机，包括一个双流道的高压汽缸，三个双流道、双排汽低压汽缸。

低压气缸转子支承在气缸的两个端部轴承上，前后流道上分别安装了5个动叶，见图1。

在机组大修时，利用超声检测仪，对3号低压转子前四级叶片根部进行了抽样检查，并发现了一些不正常的信号。

将叶片的叶根针拆下后，应用内窥镜对其进行了观察，确认叶根处有裂纹[1]。

为了替换这一有缺陷的叶片，共拆掉了第3级20个叶片，并使其大修时间延长了5天。

图1 低压缸结构示意图1核电站汽轮机低压转子叶片根部裂纹形成原因1.1宏观分析经磁粉检测后，发现在叶根处的进气口的前一列销孔上有两道裂纹，见图3。

裂纹1由所述销孔向所述交叉指端面延伸，并构成贯穿型缺陷；在叶片根部的转角端面上，裂纹2的长度为4 mm。

图 3 叶根部位磁粉探伤检查1.2断口分析用肉眼观察裂纹1所处的销孔，发现其表面光洁度与叶片加工中N7铰孔所要求的表面质量不相符。

在清洁之前，裂纹1断口总体较为平整，有彩虹色分布，呈火焰状；裂纹1断口有5个不同表现外观（A-E)区域组成，裂纹1断口延伸的棱线较为精细；从裂纹1断口延伸的角度及弧线中心的角度，可以判断出断口源区在叶片进汽侧根叉指端面上大约1 mm处。

断口处 E段为终断部位，其终断部位为狭窄区域，未见终断部位切变超载现象，说明该加载周期的平均载荷很小。