大型汽轮机叶片事故原因分析.docx

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 200MW 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