汽轮机末级叶片司太立合金片纵向裂纹分析
汽轮机末级叶片断裂的调查分析和运行建议
汽轮机末级叶片断裂的调查分析和运行建议发表时间：2017-06-14T13:43:25.067Z 来源：《电力设备》2017年第6期作者：夏敏[导读] 摘要：亚齐火电项目的2#汽轮发电机组，总承包方在质保期结束后按照合同要求完成了一次检查性大修，然后交给业主方。
（中国水利水电第八工程局有限公司浙江杭州 41000）摘要：亚齐火电项目的2#汽轮发电机组，总承包方在质保期结束后按照合同要求完成了一次检查性大修，然后交给业主方。
其运行人员在2016年9月 20 日运行中发现锅炉水质钠离子浓度、电导度、PH值急剧增大，判断为凝汽器钛管破损，海水进入凝结水系统所致，停机检查发现发电机侧凝汽器钛管有23根损坏漏水，维修人员进行堵管处理后未做深入检查就安排启机，但是随后多次冲转因振动大未能成功，停机再次进入凝汽器汽室检查，发现低压转子第22级末级叶片（发电机侧）多片断裂。
关键词：钠离子浓度；泄漏；叶片断裂；低频运行一、概述亚齐火电项目的2#汽轮发电机组，质保期结束，总承包方按照合同要求进行了一次检查性大修，然后交给业主方。
2016 年 9 月 20 日凌晨，机组负荷85MW，主汽压力7.4MPa,主汽温度525℃，5：00时刻，发现汽轮机振动变大（2X 振动157.1um，5X振动达到188.7um），10:00 左右，锅炉水的水质化验出现了急剧变化：钠离子浓度(1340 ppb), 导电率( 4410 us/cm)，pH (4.36)，运行人员立即采取炉水加药对水质进行调整，但水质状况无法改变，此情况下又采取降负荷方式，在20日17:05 降负荷到60MW，但水质等问题一直未能解决，直到22日08:28采取停机检查处理。
由于锅炉水质钠离子浓度、电导度、PH值是在运行中急剧增大，运行人员判断是凝汽器钛管破损，海水进入凝结水系统所致，于是停机后对凝汽器钛管进行了检查，发现发电机侧凝汽器钛管有23根损坏漏水，维修人员简单进行堵管处理后未继续做深入检查就安排启机，但是汽轮机在随后多次冲转过程中因振动大未能成功。
汽轮机阀座堆焊开裂原因分析与对策
是将 阀座 在 液氮 中冷 却 ， 然后 进 行 套 装 。但 公 司 某 机型供 水泵 机组在 套装 阀座后 发现 部分 阀座 司
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汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析
汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析摘要：在工业生产中，汽轮机作为重要设备，与工业生产有着密切的关系。
为了保障工业良好生产，需要保障汽轮机稳定运行，本文以汽轮机叶片为例，分析汽轮机叶片断裂的故障和原因，然后根据具体原因提出建设性防治措施，降低汽轮机叶片断裂发生的概率，从而保证汽轮机稳定运行。
关键词：汽轮机；断裂；故障诊断；处理引言汽轮机在工业生产中占有重要的地位，直接关系着工业是否能够稳定生产，因此在实际生产中需要保证汽轮机稳定运行。
但在实际中，由于工作环境等因素，汽轮机在运行过程中经常会出现叶片断裂的情况，严重影响了汽轮机正常运行，给工业生产带来了不良的影响。
基于此，需要对汽轮机叶片断裂问题展开探究，分析叶片断裂出现的原因，然后制定有效的解决措施。
1汽轮机叶片发生断裂故障的现象及原因1.1汽轮机叶片发生断裂故障的现象当汽轮机叶片发生断裂故障时，会伴随着以下一些现象发生，技术人员可以根据这些现象来判断汽轮机叶片是否出现断裂，其中具体内容有以下几点：①当听到汽轮机内部或凝汽器内部出现金属碰撞的声音，则表明有异物进入到汽轮机内部或者凝汽器内部，而汽轮机一般都有做密封处理，因此外来异物进入可能性比较低，很有可能就是汽轮机叶片发生断裂；②机组突然出现激烈的振动或者振幅突然增加，则可以检查汽轮机叶片情况，观察其是否出现断裂的问题；③当出现倒止门卡涩的情况，可以检查是否是汽轮机断裂的叶片进入到抽气管中引起的[1]；④当在盘车时，听到设备里面有金属摩擦声音，这也有可能是汽轮机叶片发生断裂引起的；⑤当汽轮机叶片出现损伤时，相同载荷下，蒸汽流量会变大，而且监控区段的压力也会增大。
1.2汽轮机叶片发生断裂故障出现原因工业汽轮机叶片发生断裂故障是多方面因素引起的，因此在对汽轮机叶片断裂故障进行处理，需要确定故障发生的原因，其中比较常见的原因有以下几点。
第一，机械损伤。
在汽轮机运行时，如果有外来的杂质随蒸汽进入汽轮机内，就会给叶片造成损伤。
电站汽轮机低压转子次末级叶片开裂原因分析
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。
汽轮机叶片断裂分析
4、 应力腐蚀损坏
• 产生应力腐蚀的主要原因是：首先，金属晶界偏析， 析出碳化物，出现贫铬区，使晶界腐蚀；其次，应力 作用；然后，高浓度盐的腐蚀。应力腐蚀主要发生在 2Cr13钢制造的末级叶片上。其断口形貌呈颗粒状，微 观形态是沿界裂纹，断面上有滑移台阶，并有细小腐 蚀坑。 • 防止叶片应力腐蚀损坏的只要措施是：改善汽水品 质、提高叶片材质、降低叶片动应力等。
按照叶片断裂的性质可以分为短期超载疲劳损坏长期疲劳损坏高温疲劳损坏应力疲劳损坏腐蚀疲劳损坏接触疲劳损坏等六这种损坏是指叶片受到外加较大应力或受到较大激振力而振动次数低于107次就发生断裂的机械疲劳损坏
汽轮机叶片断裂失效分析
盛潇君 魏嵩 徐正平 霍登武
前言
• 叶片按其工作性质可分为动叶片及静叶 片两种类型。 • 动叶片又称为工作叶片，主要起传 递动力的作用；静叶片又称为导向叶片， 主要起导向流体的作用。
6、接触疲劳损坏
接触疲劳损坏是由于叶片根部松动，叶根参加振动，使叶根之 间或叶片与叶轮机接触面产生往复微量相对摩擦运动而造成的一 种机械损坏。 • 由于摩擦表面材料晶体滑移和硬化，使硬化区内产生许多平行 的显微裂纹，并不断扩展，从而引起疲劳断裂。 • 摩擦裂纹和摩擦硬化现象同时并存是接触疲劳损坏的主要基本 特征。摩擦硬化和摩擦裂纹仅存于接触部位表面。 • 防止接触疲劳的主要措施是：改善叶片接触面的紧贴程度，增 加接触面积以防止接触点接触的应力集中，消除或减弱调频叶片 的振动力。 •
汽轮机叶片事故分析
•
汽轮机叶片的损坏形式主要是疲劳断 裂。由于叶片工作条件恶劣，受力情况 复杂，断裂事故较常发生，且后果又较 严重，所以对叶片断裂事故的分析研究 一直受到特别重视。按照叶片断裂的性 质，可以分为短期超载疲劳损坏、长期 疲劳损坏、高温疲劳损坏、应力疲劳损 坏、腐蚀疲劳损坏、接触疲劳损坏等六 钟。
汽轮机转子裂纹原因分析及运行安全措施
汽轮机转子裂纹原因分析及运行安全措施1裂纹情况河北省南部电网某厂#2机为上海产单缸冲动凝汽式汽轮机，1972年6月投产，容量50 MW，型号为N5090，运行至1986年，更换了汽轮机转子。
2003年10月，在该机组大修的过程中，汽轮机转子调速级及汽封处发现裂纹，见图1。
经河北省电力研究院锅检中心对该处裂纹进行深度测量，结果为：A处裂纹深度13.6 mm，B处4.4mm，C处3.5 mm。
2原因分析该缺陷严重了影响机组的安全运行，排除制造因素，转子出现裂纹主要是由于交变热应力引起的金属疲劳损伤超出了材料的屈服极限而造成的，原因分析如下。
a. 随着电力行业的不断发展，该厂在20世纪90年代初成为河北省南部电网的主要调峰厂之一，机组启/停次数增加，造成低周热疲劳率增加，机组在多次交变应力作用下，引起金属材料内部微观缺陷的发展，从而造成金属热疲劳，引发金属裂纹。
b. 机组启动过程中暖机时间短，热应力大。
该机组启动时存在负差胀过大的缺陷，为控制差胀，保证机组的正常顺利启动，从冲车到机组接带初始负荷的时间比较短，蒸汽流量快速增大，加剧金属温升，造成汽轮机转子尤其是高调门部位和高压侧轴封处热应力较大；另外，根据调度的预计负荷安排，从并网到带满负荷，暖机时间明显不足，这些都会加大转子的热应力。
c. 冷机的邻机启动对转子的损坏程度尤其大，在用额定参数的蒸汽冲车时，蒸汽会在金属表面进行剧烈的凝结放热，使汽缸和转子外表温度急剧上升，尤其是转子加热面积大，升温更快，转子表面所受的热压应力就更大，当热压应力超过金属材料的屈服极限后，就会在该处产生局部塑性变形。
随着转子的不断加热，其承受的热应力减小，但塑性变形不会随着转子热应力的减小而自行恢复，它在周围弹性区的影响下会出现残余拉伸应力，在高温条件下，该残余应力随时间增加而减小，即金属松弛现象，尤其在轴径最大的前汽封和调节级处，这种金属变形现象更明显。
若邻机启动次数增加，其损坏程度更加严重，这样转子表面很快就会产生疲劳裂纹。
汽轮机末级叶片损坏的分析及对策
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。
汽轮机低压转子末级叶片断裂分析
测定！吉果见表$&由表$可知''号叶片除Ct、 R含量偏•，其他元素含量均符合GM/T 8732— 200#《汽轮机叶片用钢》的要求&
样品 57号叶片 GM/28732— 2004要求
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表@ 57号叶片化学成分分析结果
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#)汽轮机低压转子末级的57号叶片断裂( 12号叶片存在裂纹，2根叶片缺陷位置具有一致 性，均为叶片进汽侧距叶顶280 ==的司太立合 金与叶片母材交界处。该处存在结构上不连续， 易产生应力集中&在长期运行中，由于水蚀及应 力集中的共同作用，叶片产生疲劳裂纹&在对机 组低压转子末级叶片进行磁粉检测时，发现共有 33根叶片在该位置存在裂纹或开口缺陷&
号叶片上切取2个拉伸试样，编号为57-1（7-2（ 12-1和122,具体取样位置见图:&
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2017年度申报专业技术职务任职资格评审答辩论文题目：汽轮机末级叶片司太立合金片纵向裂纹分析作者姓名：苗学良单位：中核运行公司人力资源处申报职称：高级工程师专业：材料物理与化学二○一七年 6 月 1 日导师推荐意见：(以下导师推荐意见，可手写或打印，段落部分采用宋体四号字，1.25倍行距，段前0.5行，段后0.5行。
若未选择导师，此页不填。
)导师签名：目录摘要 (1)1 概述 (1)2 生产现场调查 (3)2.1 除去氧化皮及打磨减薄端部 (3)2.2 扭转矫形 (4)2.3 添加钎料、钎剂、固定 (4)2.4 感应加热、焊合 (5)2.5 装配 (6)3 残余应力测试 (6)3.1 测试过程 (6)3.2 测试结果 (7)4 裂纹截面观察 (7)4.1 一号样实验过程及结果 (7)4.2 二号样实验过程及结果 (9)5 纳米压痕测试 (11)6 断口、能谱分析 (12)6.1 一号样 (13)6.2 二号样 (17)7 讨论 (21)7.1 现场加工 (21)7.2 残余应力测试 (22)7.3 裂纹界面观察 (22)7.4 纳米压痕测试 (23)7.5 断口及能谱分析 (23)8 结论 (25)9 建议 (25)汽轮机末级叶片司太立合金片纵向裂纹分析苗学良（中核核电运行管理有限公司人力资源处浙江省嘉兴市）摘要：秦山核电二期2#汽轮机由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(以下简称哈汽厂)制造。
生产厂家在叶片进气口侧焊合了一片司太立合金片，但是该机组末三级叶片在大修期间多次发现司太立合金片部位存在缺陷。
本论文针对2#机组末级叶片司太立合金片上的纵向裂纹进行研究，采用生产现场调查，实验验证等方法对缺陷进行了分析。
结果表明，末级叶片司太立合金片纵向裂纹是在钎焊过程中产生的，应力来源有三个方面：司太立合金片矫形、边缘打磨减薄、钎焊过程产生应力。
失效叶片开裂的主要贡献来源于边缘打磨减薄以及台阶状样貌所致应力集中、焊接过程产生的附加应力。
关键字：汽轮机；末级叶片；裂纹；钎焊；应力Analysis of Longitudinal Cracks in Steam Turbine LastStage BladeXueliang MIAO（CNNO Department of Human Resource Jiaxing Zhejiang）Abstract: Steam Turbine Last Stage Blades of Qinshan II-2 are made by Harbin Turbine Company Limited(HTC.).As the working environment of the blades is high temperature and high pressure water vapor environment, especially the inlet side blades, the manufacturer welds a stellite protection strip here to protect the blades inlet side from corrosion. Although it can solve the corrosion of the blades, but he last blades in the unit always found defects in overhaul in the stellite alloy position.In this paper, the longitudinal crack on the stellite-alloy strip is studied, and the defects are analyzed by means of production site investigation, theoretical derivation and experimental verification.The results show that the longitudinal crack is the result of the brazing process, and there are three aspects of the stress source: the orthopedics of the stellite alloy strip, the edge polished and the stress produced in brazing process.The main contributions of the failure blade cracking come from the edge polished thinning as well as the stress concentration caused by step morphology, the subsidiary stress generated in welding process.Keywords: Steam Turbine; Last Stage Blade; Crack; Hard solder; Stress1概述汽轮机内饱和蒸汽膨胀做功，穿过饱和线后，会有水滴凝结析出使水蒸气湿度增加。
汽轮机末级叶片会发生水滴侵蚀，由液滴或连续水流高速冲击到固体材料表面使其破坏称为液滴冲蚀，发生在汽轮机末级叶片上的水滴冲蚀，简称水蚀。
汽轮机末级叶片水蚀所形成的锯齿状毛刺会造成应力集中和减小叶型根部截面的面积，影响叶片的振动特性，极大地降低了叶片的强度，使叶栅的气动性能恶化，级效率下降，严重时会引起叶片的断裂破坏而导致机组发生强烈振动等恶性事故[1]。
叶片的严重水蚀不但会引起叶片的断裂破坏, 导致机组发生强烈振动等恶性事故, 而且可使机组的级效率大幅下降。
按照西屋公司的资料,该公司生产的393台汽轮机发生过叶片腐蚀断裂事故；据德国所做的统计, 在35起低压缸叶片损伤事故中有 13 起主要是由于水蚀引起的发生水蚀[1] [2]。
发生水蚀最严重的地方是叶片的进气口侧，因为此处的运行环境最为恶劣，为了保护叶片进气口侧免受腐蚀，生产厂家在此处焊合了一片司太立合金片。
司太立合金（Stellite）在上世纪初1900年为美国人Elwood所发明，这种以钴铬钨为主要元素的合金冷却后是银白色，熠熠闪光，恰似星星。
在拉丁语里星星为Stella，故名为Stellite，我国将其译为司太立，定义为钴铬钨合金。
这是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金，以钴作为主要成分，含有相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧等合金元素[3]。
正是由于这些良好性能，所以在末级叶片钎焊司太立合金片能有效的减少叶片的水蚀问题[4]。
秦山核电二期2#汽轮机由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(以下简称哈汽厂)制造。
在秦二厂212小修中低压转子末级叶片PT检查发现有裂纹,如图1所示。
为研究裂纹产生原因，有必要有针对性的对其中的缺陷进行科学分析。
本论文采用生产现场调查、假设推论、实验验证等方法对2号机组末级叶片司太立合金片上的纵向裂纹进行了研究。
图1、末级叶片司太立合金片纵向裂纹2生产现场调查为了解司太立合金片的加工工艺对司太立合金片开裂影响的可能性，2016年1月5日，到哈尔滨汽轮机厂进行了实地考察，通过现场跟踪技术人员的加工过程，与现场工作人员交流，现场加工情况调查，记录了从扭转矫形到最终焊合全过程。
为了将司太立合金片紧密、牢固地焊合在汽轮机叶片上，需要进行以下操作步骤：2.1除去氧化皮及打磨减薄端部用角磨机对司太立合金片的内侧进行打磨以除去其表面氧化膜（模拟如图2-1），并在端部内侧进行打磨减薄（模拟如图2-2）以贴合叶片（实际操作如图2-3），图2-4、图2-5分别是角磨机对司太立合金片进行端部减薄及去除氧化皮操作之后的效果。
图2-1除氧化膜的模拟图2-2端部打磨减薄模拟图2-3 端部打磨减薄图2-4 端部打磨减薄效果图2-5 角磨机去除氧化皮效果2.2扭转矫形因为司太立合金片轮廓与形状和汽轮机叶片上的合金片凹槽不能完全匹配，所以需要人工将合金片扭转矫形、反复冷弯、多次试触、反复配合（模拟如图2-6、图2-7所示），最终达到使合金片与叶片凹槽匹配良好的目的，进而才能焊合完好。
图2-6 合金片扭转矫形图2-7 合金片试触叶片以校准2.3添加钎料、钎剂、固定采用钎焊方式对司太立合金片与叶片进行焊接，在司太立合金片及叶片凹槽上添加钎料和钎剂（模拟如图2-8、2-9）。
然后将加热用的感应线圈放入，用夹具、压力棒（4—5个压脚）将合金片、叶片、感应线圈三者固定。
压脚位置是沿着合金片均匀分布的，对合金片产生垂直压力，如图2-10。
图2-8 添加钎料、钎剂图2-9 凹槽上添加钎料、钎剂图2-10 压力棒固定合金片、叶片和高频线圈2.4感应加热、焊合感应钎焊是指利用高频、中频或高频感应电流作为热源的焊接方法。
准备工作完成后，给感应线圈通电，利用感应线圈产生的热能对焊料进行加热，使其逐渐融化（如图2-11）。
高频焊的频率为300-350KHz，加热温度为640-670℃，当工人观测到钎料表面融化后，断电、停止加热，待温度降至600℃以下，移除感应加热线圈，让其放置在空气中自然冷却（如图2-12）。
a模拟图 b实际加工场景图2-11 加压力棒后进行感应钎焊2.5装配最后，将加工好的叶片逐个安装在汽轮机转子上，如图2-13。
图2-12 合金片与叶片焊合完成图2-13 叶片完成安装3残余应力测试司太立合金片在扭转、配合过程中可能会存在残余应力，在服役过程中残余应力会与叶片旋转过程中产生的应力相互作用。
为验证这种推测，测试加工前后合金片打磨减薄部位的应力分布状态。
测量仪器为LXRD残余应力大功率分析仪。
3.1测试过程（1）取一条司太立合金片备件，对三个代表性的位置进行初测；（2）用角磨机对该合金片进行打磨、端部减薄之后对相同位置进行测试，比较打磨前后的应力变化。
选取三个具有代表性的位置，分别命名为A、B、C点，其中A、C两点是司太立合金片外侧，此处在角磨机加工过程中未触及到；B 点是合金片内侧与叶片贴合位置，即经过角磨机打磨的区域，如图3-1所示。
在可能出现的裂纹的垂直方向测试，如图3-2所示。
分别在角磨机打磨前后对这三个点进行残余应力测试。
可见经过打磨的B 区域应力变化明显。
图3-1 司太立合金片上残余应力测试部位及方向3.2测试结果表3-1 应力测试结果汇总4裂纹截面观察4.1一号样实验过程及结果将第一个叶片带裂纹部分通过线切割方式切下一块10x10mm的试样，称为一号样，对其进行研究，过程如图4-1所示。