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24上海汽轮机2000年第3期

汽轮机叶片的断裂分析

魏玉剑,龙荷荪
(上海汽轮机有限公司,上海200240)

摘要:叶片断裂的原因分析有时很明了,有时也很复杂。有时仅从叶片本身分析就可找到原因,有
时得需要通过对机组和叶片的整个设计及运行情况综合分析。本文通过对带给水泵高转速的小汽轮机
设计运行情况,以及失效叶片的材料性能等综合分析,得出了可信的叶片失效原因,并提出了预防及改
进措施,供制造厂及电厂借鉴。
关键词:叶片;断裂;分析
中图分类号:TK263.3文献标识码:B

AnalysisonFailureBladeofSteamTurbine
WEIYujian,LONGHeshen
(ShanghaiTurbineCo,Ltd.,Shanghai200240)

Abstract:Thereasonofsteamturbinebladefailureissometimeseasytobefound,butisnoteasilyfoundin
someotheroccasions.Thereasoncanbeseenbythebladeitself,orbythecomprehensiveanalysisofthede
signandoperationrecordsofthebladeandunit.Thispapergivesthebladefailurereasonandprovidesprecau
tionsbasedoncomprehensiveanalysisofmaterialperformanceofbladefailureduringoperationofhighspeed
smallturbinewhichcarriesfeedwaterpumps.
Keywords:blade;failure;analysis

机,每台300MW汽轮发电机组配置两台由
1前言本汽轮机驱动的50%锅炉额定容量的主给
水泵及一台由电动机驱动的启动备用给水
用于300MW汽轮发电机组锅炉给水泵泵。该种类型小机自上海汽轮机有限公司
配套的50%容量的小汽轮机小修时发现乙1991年生产第一台以来已投运160多台,包
小机次末级有6片断裂2片裂纹,甲小机次括正在安装及已订合同机组已接近200台
末级有3片叶片裂纹。为此,生产厂家及运(2000年初统计数据)。这些小机可跟不同
行厂家都非常重视,从各方面分析断裂原因。厂家的300MW等级汽轮机相配,是一种变
参数、变转速、变功率和多汽源的机组,能适
2汽轮机设计运行概况应主机各种运行方式。
这些小机自投产以来,其灵活性及安全
该汽轮机是锅炉主给水泵驱动用汽轮可靠性都受到了用户的好评,但仍有近十台

收稿日期:1999-07-21
作者简介:魏玉剑(1966-),男,工程师,学士学位,1990年毕业于西安交通大学能源与动力系,现为上海汽轮机有限公司设
计研究所所长助理。主要从事汽轮机的设计及试验研究,已发表论文多篇。
No.3,2000SHANGHAIQILUNJI25

曾出现过次次末级叶片疲劳裂纹断裂事故。1开缸转子)。该级叶片长157mm,断口距根
虽从多方面分析过原因,但都不能确定为真部为80mm左右。断裂源位于出汽边。宏观
正的直接原因。后来生产厂家重新对此叶片断口是由出汽边开始经高周低应力疲劳裂纹
进行了加强设计,1997年后产品已全部采用扩展方式向进汽边扩展,属于切向振动引起
了新设计,至发稿止,未有叶片断裂记录。的疲劳断裂,其形貌如图2、图3所示。形貌
这次事故是次末级叶片断裂,这是该类宏观观察叶片叶身部位,尤其是出汽边,未见
型机组投运160多台的首起次末级断裂事明显加工刀痕,也未见明显水蚀和点蚀坑,断
故。此小机设计工况进汽压力为0.765MPa,口上及裂源区未发现明显夹杂物。
进汽温度335.4,转速5392r/min,进汽量
17.68t/h,背压6.57kPa,功率3318kW。次
末级叶片中径为967mm,叶高157mm,叶片
数为90只,工作温度72,叶片材料
2Cr12NiMoWV,叶型为扭叶片,叶根为外包
双倒T型叶根。静强度考核最大应力在叶
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型根部为216.1N/mm(0.2=760N/mm),
动强度是按不调频叶片安全准则进行考核
的,次末级最小安全倍率为20.86(许用值为
5)。图2断裂叶片外貌

3叶片断裂状况

图3断口形貌

4材质分析

1.机械性能复试
取断口下方进汽边部分进行拉伸试验,
图1开缸转子
结果如下:0.2=866(MPa),大于标准值

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