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汽轮机末级叶片损坏的分析及对策

摘要：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。鹤矿集团热电厂
在大修过程中，曾发现过末级叶片断裂、汽蚀现象。通过对鹤矿集团热电厂四台机组末级叶
片损坏的形式进行分析，认为末级叶片型线下部普遍存在出汽边水冲蚀损伤，外来硬质异物
击伤和固体粒子侵蚀，叶片断裂、结垢及其它损伤，分析了其损伤机理，介绍防范措施。

关键词：汽轮机；叶片损伤；损伤机理；断裂

前言：叶片是汽轮机最精细、最重要的零件之一。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、总结叶片尤其是末级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。

1汽轮机叶片损伤概况

鹤矿集团热电厂1#机为武汉汽轮机厂生产的型号为FC25-3.43/0.35型汽轮机，在近几年的大
修过程中也曾发现叶片根部出汽边水冲蚀、顶部进汽边水冲蚀、异物击伤叶片等。

我厂2#机为武汉汽轮机厂生产的型号为C25-35/3型汽轮机，在今年的大修中，发现叶片问
题比较严重：围带飞脱、断裂、个别拉金断裂、腐蚀麻坑等。

我厂3#机为哈尔滨汽轮机厂生产的C50-8.83／0.118型汽轮机，2006年6月15日按照小修
计划对末级叶片进行检查时，发现19级叶片有一处断裂，随即揭缸检查，并对末级叶片进
行了探伤检查，发现存在以下问题：

第19级30#、80#叶片损伤严重，70#叶片断裂，同时拉筋、围带均断裂，有9处拉筋套开
焊（其中有3处是去年补焊过的）。

出汽边汽蚀：有30个叶片出汽边有汽蚀现象，其中5处比较严重，有1处细小裂纹，有22
个叶片有叶根腐蚀现象，其中5处比较严重。

这几台机组低压级叶片在实际运行过程中，由于种种原因在叶片、叶根、拉筋、围带及司太
立合金片等部位经常发生故障，末级叶片的水冲蚀损伤相当普遍。

2末级叶片损伤形式及原因分析

2.1末级叶片断裂。汽轮机末级叶片的可靠性是一个非常复杂的问题，它涉及到空气动力学
设计、机械设计及材料选用的标准等。总的来讲，末级叶片出现裂纹和断裂事故的原因大致
可归纳如下：

2.1.1汽轮机末级叶片是在湿蒸汽条件下工作的，加之末级动叶叶顶的线速度为超音速，这
样对末级叶片的水蚀和水涮更为严重。

2.1.2末级叶片材料的抗疲劳性能如何，特别是在湿蒸汽工作条件下的材料抗腐蚀能力，对
末级叶片的可靠性非常关键。我厂这几台机组末级叶片采用的是司太立合金片,司太立合金片
经长期运行有可能贴合面不牢，钎焊质量不好，会造成局部应力过大，容易发生断裂。

2.1.3末级叶片的可靠性必须对频率特性进行详细计算，将其工作频率调整到转动频率的倍
率，但实际上叶栅的工作频率相对网频的偏差有严格的要求和规定。如苏联规定叶片可靠性
工作范围是49~50Hz，但当降低到47~49Hz时，只能工作几分钟。众所周知，末级叶片长期
在低周波条件下运行，则会产生低周波疲劳，加速叶片出现裂纹并导致断裂。
2.1.4末级叶片叶根与叶轮轮缘装配在一起。这是汽轮机应力最集中的部位，加之末级叶片
直径大，动态离心力也大，这些困素要求叶片材料必须有超常的抗疲劳强度。如经机加工后
的叶根与叶轮轮缘的紧配合精度达不到要求，则很难确保叶片不发生断裂事故。

2.1.5众所周知，在同一级末级叶片实测的各叶片在同一振型下的固有频率并不完全相同。
这种叶片的频率离散性是由制造和装配的差异引起的，叶片材料的机械性能因材质和热处理
的离散性也不完全相同，这就致使各叶片的频率有一定差别。严格来讲，末级叶片的设计因
其是变截面叶片，应增加级的热降和根部的反动度，使其频率不等于干扰频率的倍数。

2.1.6提高末级叶片可靠性的措施。（1）提高材料的抗疲劳性能。就当前末级叶片的材料来
看，单纯地提高材质的抗疲劳性能有一定问题，还应提高和改善其它诸方面因素，如：汽水
品质、结构设计、运行条件、系统性能等，以补偿材料的抗疲劳性能。（2）严格控制蒸汽
的化学品质。为了不使末级叶片处于盐溶区工作条件下，就必须保证蒸汽的品质。目前市场
已经能买到蒸汽化学品质监视器，它能指示出低压末级叶片所处的工作环境是否在盐溶区域。
（3）改进叶片的结构设计。从设计角度来看，末级叶片的固有频率取决于质量分布半径、
惯性矩、转子刚性、拉筋位置和刚性。其固有频率正好处于两个共振频率的中间频带，避免
一阶振型和产生高频振型，从而避开共振点。末级叶片的抗振不仅仅取决于工作频率的调整，
并且也取决于共振发生时其动态应力是否小。蒸汽流施加给动叶片的力和动叶片旋转引起的
离心力形成蒸汽涡