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。

(2) 运行维护方面的问题是近期引起叶片损坏的主要原因。由于1996年以来大部分地区电力负荷需求不旺，致使大机组长期在低负荷下运行。而许多大机组末级叶片按常规基本负荷设计，没有考虑调峰运行和高背压运行的需要，在小容积流量下长期运行的性能及对寿命损耗的影响难以确定。由于当时技术水平的限制，叶片未

能按三元流方法设计，因而气动性能较差。末级反动度沿叶高变化剧烈，叶型顶部的反动度大，底部的反动度小。后者愈小，在部分负荷运行时愈容易产生脱流，进而增大叶片动应力响应，并产生出汽边水冲蚀。这使末级叶片运行环境更差，叶片更容易出故障。

(3) 引进机组叶片损坏多为叶片设计制造问题。

(4) 调节级动叶及喷嘴受固体粒子冲蚀严重，由于不影响安全运行，没有引起足够重视，但它直接影响机组效率。 2.2 叶片损坏原因 2.2.1 设计原因

(1) 叶片振动特性设计不准，使叶片及轮系发生共振，而引起叶片断裂。占统计总数的23.53%；

(2) 叶片设计动强度不足，使叶片出现故障。占统计总数的17.65%。 2.2.2 制造原因

制造方面引起的叶片事故最多。如叶片装配的问题，还有机械加工的问题，占统计总数的58.82%。 2.2.3 运行原因

运行方面引起的叶片故障也不少。如水蚀、水击、蒸汽参数低、湿度大、长期高周波、低负荷运行、频繁启停、汽水品质不好等，占统计总数的35.29%。 2.2.4 检修原因

检修方面引起的叶片故障有更换叶片未按规程进行，占统计总数的11.76%。 2.2.5 叶片材料原因

叶片材料缺陷，造成叶片损坏的有：材质不良、选材不当、材料热处理不当，占统计总数的17.65%。 3 防止叶片损坏事故的措施

3.1 用户应作好对制造厂的叶片监造工作，对机械加工、装配、检查和试验等，特别是装配的质量，应层层把关，把存在的问题消灭在萌芽状态，保证出厂产品质量优良。

3.2 安装过程中，要对叶片外观进行检查，对叶片频率进行复测，以检查制造厂提供叶片频率数据的真实性并建立叶片技术档案。为了防止损坏叶片，在汽、水系统的设计、安装过程中，应布置合理的疏水系统。

3.3 机组运行操作，必须严格按制造厂及运行规程所规定的程序进行，杜绝错误的运行操作程序，以防止由于操作不当而导致叶片损坏。

3.4 检修中，对汽轮机叶片的检查和维护应按正确合理的维修工艺进行。 (1) 对叶片进行外观检查，对损伤的轮级叶片进行探伤和仔细检查，严禁带缺陷运行。

(2) 对叶片进行静态振动频率测试，尤其对损伤的轮级叶片振动频率测试更为重要。

(3) 防止损伤叶片的残骸及检修工具杂物遗留在汽缸内。

(4) 防止对布置的中、低压缸前后隔板装错。

(5) 受机械损伤和水蚀的叶片在检修时应按合理的维修工艺及时进行修复。 (6) 更换汽轮机叶片时，叶片装配质量应符合ZBK54018-98\"汽轮机主要零部件(转子部分)加工装配技术条件”的要求。

(7) 对动静叶片结垢、第1级叶片的冲刷和末级叶片的水蚀要足够重视，并应在大修中进行处理和修复，否则将影响机组效率。例如，对于300 MW及600 MW机组，由于结垢使调速级喷嘴面积减少10%，机组的出力将减少3%；由于外来硬质异物打击叶片损伤以及固体粒子侵蚀叶片损伤，视其严重程度都可能使级效率降低1%～3%。

(8) 对100 MW以上机组进行通流部分改造，以提高效率和增容时，不要忽视对通流部分损伤所造成的损失。