MS6001型燃气轮机压气机一级动叶片断裂分析
防止某型号燃气轮机叶片断裂的措施
防止某型号燃气轮机叶片断裂的措施一概述燃气轮机发电机机组具有起、停快,负荷调节灵活,为电网提供电源和调峰.MS6001B型燃气轮机发电机组在我国燃机电厂中是比较多类型机组,由于新设备技术新,没有足够的运行、维护检修经验和相应的技术措施,在燃气轮机运行中,曾经发生了一些非正常故障和叶片断裂事件,增加了机组的运营成本,也影响了企业的经济效益和社会效益.透平动叶是燃气轮机的重要部件,引起透平动叶断裂的主要因素有:(1)可调进气导向叶片(IGV)卡涩,转动失灵,造成压气机喘振;致使透平动叶断裂.(2)透平叶片因腐蚀,蠕变产生的断裂.二压气机进气导向叶片(IGV) 的合理间隙燃气轮机在运行过程中, IGV叶片是以燃机的转速信号和透平排气温度为控制基准，由电液伺服阀控制其开度，最小开度为32°,最大开度84°, IGV 叶片在此范围内连续可调. 叶片在燃汽轮机起停机等低转速过程中是防止压气机喘振的重要机构之一.燃气轮机在低速运行时,空气容积流量低,压气机前12级容易发生气流旋转脱离现象,进一步发展会形成喘振,其表现为压气机空气流量、压力出现脉动,时高时低,严重时出现压气机气流倒流的现象,同时还会发生低频的怒吼声,机组伴随强烈的震动.由于叶片受到变速的强烈振动,易产生疲劳甚至共振断裂,造成机组灾难性的事故.因此, IGV叶片的安全可靠性,对于燃气轮机至关重要.而IGV叶片的安全可靠性主要取决于其是否卡涩；转动是否失灵，叶顶与进气内缸的间隙、叶根与进气外缸间隙是否超过规范，详见图1、图2。
机组在经过多次起停、水洗等过程后，叶片叶根转轴的铜质垫片A可能会产生腐蚀或锈蚀，尤其是在燃机水洗时，带有污垢的水可能会残留在叶根转轴的台阶孔和垫片A之间，这种残留物会导致垫片A锈蚀变形，进而导致IGV叶片沿转轴孔向叶顶径向移动，于是，叶片叶顶与进气内缸的间隙X1变小。
通常该情况主要表现在进气缸的下半缸，因为下半缸中叶根转轴的台阶孔和垫片A之间的间隙容易残留水洗时带来的污垢。
某型发动机叶片断裂故障分析 中文
某型发动机叶片断裂故障分析Fracture Analysis of a Typical Aero-engine’s Blade叶片是发动机中的关键零件，因此对叶片强度、振动、耐久性、可靠性研究越来越显得重要。
叶片工作时要受有较高的离心负荷，热负荷以及由振动引起的交变负荷及腐蚀、氧化等方面的影响，特别是前几级压气机叶片还受到发动机进气道外来物的冲击，并受风砂，冰雹，鸟撞及海洋气候的腐蚀，这就更使叶片故障大大增多，在发动机实际工作中常常发生发动机叶片裂纹和折断故障。
本文通过对叶片振动特性的计算分析，全面的探讨了改变叶片材料、温度、转速及叶片的边界条件对叶片固有振动频率的影响，进而得到叶片振动特性对叶片掉角故障的影响，判断叶片断裂原因,制定有效的改进措施。
以某型发动机压气机第二级转子叶片掉角故障为例，利用ANSYS软件计算该型发动机原型及A型叶片在非旋转态及旋转态时的固有振动特性，作Campbell图进行共振分析及叶片的动力响应分析；并对压气机工作叶片的动力响应，即位移响应和响应应力作了较全面的分析研究；分析了激振力频率在叶片第一阶固有振动频率附近时的共振响应及尾流激振下叶片的动力响应；与已有试验结果对比进行综合研究。
通过计算分析结果表明：某型发动机压气机第二级转子叶片掉角故障主要是由于叶片在慢车转速附近时，产生了二阶扭转振型的共振，导致高周疲劳损伤，边界条件对叶片的振动特性影响不大；在非旋转态下，约束榫头底面时叶片固有振动频率最低，约束榫头与轮盘接触面叶片的固有振动频率稍高，而榫头完全约束时叶片的固有振动频率最高；旋转态固有振动频率约比非旋转态固有振动频率提高了1/4至1/3，各阶固有频率计算值随着转速的增加而增加。
因此要准确预测叶片的振动特性，在旋转态下的叶片必须计入转速的影响。
根据叶片的结构条件，由于尾流激振频率与叶片的第五阶和高阶复合固有振动频率相近，故尾流激振形成的强迫振动容易形成共振响应。
毕业设计论文：涡轮叶片断裂故障的分析与预防措施[管理资料]
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Civil Aviation University of China 毕业设计(论文)专业：发动机动力工程学号：XXXXXXXX学生姓名：XXX所属学院：中国民航大学指导教师：XXX二〇一一年十月中国民航大学本科生毕业设计(论文)涡轮叶片断裂故障的分析与预防措施THE ANALYZING AND PREVENTIVE MEASURE OF TURBINE BLADE CRACKFAULT专业：发动机动力工程学生姓名：XXX学号：XXXXXXX学院：中国民航大学指导教师：XXXX2011年 10月创见性声明本人声明：所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果，论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果，均加以特别标注并在此表示致谢。
与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
毕业论文作者签名：签字日期：年月日本科毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计（论文）的规定。
特授权中国民航大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘。
（保密的毕业论文在解密后适用本授权说明）毕业论文作者签名：指导教师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日涡轮叶片断裂故障的分析与预防措施XXX摘要：涡轮转子叶片是把高温燃气的能量转变为转子机械功的重要零件工作时，它不仅被经常变化着的高温燃气所包围并且还承受着高速旋转产生的巨大离心力气体和振动负荷等，此外还要经受高温燃气引起的腐蚀和侵蚀，因而涡轮转子叶片的工作条件是恶劣的,它是决定发动机寿命的主要零件之一,因此涡轮转子叶片的故障是不可忽视的。
涡轮叶片的断裂故障往往导致下面整个阶段的损失并且对涡轮机的可用性造成重大影响。
涡轮叶片断裂故障的研究分析对于涡轮机耐用性的有效管理是非常必要的。
关于MS6001型燃气轮机推力瓦温度的探讨
关于MS6001型燃气轮机推力瓦温度的探讨一、叶片结垢引起轴向力的变化燃气轮机工作时，气流对转子组件，包括压气机转子和透平转子，都会产生轴向作用力。
这些作用力在转子轴线方向的代数和将力图使转子产生轴向运动，这一轴向运动会导致燃机转动部分和静止部分发生摩擦，引发重大事故。
因此，必须设法平衡抵消转子所受的轴向力。
无论是压气机还是透平，轴向力的方向总是从气流的高压端指向低压端。
因此压气机和透平分别所受的轴向力方向正好相反，两力可以部分的抵消。
由于压气机级数多，加之GE 公司的燃气透平设计惯用冲动式叶型，故其轴向力F C 比透平轴向力F T 大，因此轴向力通常指向气流的反方向。
用于抵消该方向上的轴向运动的推力瓦称为主推力瓦。
在设计上，应使燃机在额定工况时的轴向力尽可能小。
现代燃机的主推力瓦普遍采用了结构较为复杂的可自动均匀受力的摇块式瓦块。
机组仅在起停或变负荷时轴向合力的方向可能变为顺气流方向，此时用以抵消轴向力的是副推力瓦。
副推力瓦的结构比较简单，通常是上下两块的固定瓦，尺寸也比主推力瓦小。
机组烧重油时，透平通流部份的结垢与燃料品质、抑钒剂品种及其添加量等诸多因素有关，但总是随着连续运行时间的增加而增加。
结垢部分地阻塞了透平动、静叶片的喉部通流面积。
透平叶栅在根部虽然接近纯冲动式，但沿叶高方向仍具有一定的反动度，亦即在动叶片的中、顶部乃是具有一定膨胀度的收缩流道。
实际流动的收缩流道有以下关系式：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+ηηη102000min 112P P P P RT k k g P F G 式中：G 为流量；Fmin 为流道喉部面积；P 0 、T O 分别为流道进口压力、温度；P 为流道出口压力；η 为多变指数；R 为气体常数；k 为绝热指数对于轴流压气机而言，由于在工作转速下其特性曲线甚陡，亦即当压比在相当大的范围内变化时其流量G 基本不变。
由此不难证明，在流量G 不变的情况下，由于结垢使流道喉部通流面积Fmin 减小，从而造成流道进口（即动叶前）压力P 0 升高。
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。
MS6001型燃气轮机压气机一级动叶片断裂分析
MS6001型燃气轮机压气机一级动叶片断裂分析作者：雷军,闫纪萍,常红英来源：《科技传播》2011年第01期摘要燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等主要部件组成，其中压气机的性能对燃气轮机性能有很大的影响。
而压气机的喘振工况是气流强烈脉动的工况，在这种工况下运行的燃气轮机不仅振动大，而且可能发生叶片断裂的严重事故，因而不允许在这种工况下运行，但是除此之外，还可能有其它原因能够造成叶片的断裂，本文只针对MS6001型燃气轮机压气机的一级动叶片断裂进行简要的分析。
关键词燃气轮机；压气机；叶片断裂中图分类号[TE99] 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0103-02压气机有轴流式和离心式两种。
轴流式是多级的，离心式是一级或两级的，其工作原理和性能分别与通用的轴流压缩机和离心压缩机相同。
轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合，在功率大于1mW的大、中型燃气轮机中普遍应用。
在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式，因而在1mW以下的小功率燃气轮机中广泛采用离心式压气机，由于级数少因而缩短了压气机的轴向长度。
功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。
2006年专家对燃气轮机压气机断裂的马氏体不锈钢ASTM403叶片进行了宏观检查、化学成分分析、硬度测试、断口分析（体视显微镜和扫描电镜分析）、微观金相组织检验分析、扫描电镜和能谱分析，通过以上各项实验的综合分析并结合叶片运行工况特点，得出叶片断裂的主要原因是烟气颗粒对叶身冲蚀形成的点状凹坑缺陷在交变应力的作用下所引起的低周疲劳开裂。
1 断裂原因分析MS6001型燃气轮机压气机叶片材质为403，属于马氏体不锈钢，淬透性好，一般经油淬活空冷后才能得到马氏体组织。
这种钢具有较高的硬度，韧性，较好的耐腐蚀性，热强性和冷变形性能，减震性也很好。
为了更好地分析MS6001型燃气轮机压气机叶片的断裂原因，指导机组修复和随后的安全运行，我们做了以下各项试验分析：宏观检查，化学分析，硬度测试，端口分析，金相检验，扫描电镜和能谱分析以及综合分析。
燃气轮机叶片断裂故障诊断方法研究
燃气轮机叶片断裂故障诊断方法研究发布时间：2021-06-09T02:52:02.458Z 来源：《福光技术》2021年4期作者：王成宇[导读] R&R 公司作为国际著名动力系统供应商，在工程上应用数据驱动技术已经使得其获益颇多。
广东大唐国际肇庆热电有限责任公司广东肇庆 526105摘要：叶片作为燃气轮机的核心部件，长期工作在高压、高转速、高温等恶劣条件下，发生故障的概率很高。
叶片断裂是其中的一种典型故障模式，燃气轮机叶片一旦发生断裂，不仅使整机性能下降，同时高速飞出的断裂叶片会打伤后级叶片等转子部件及机匣等静子部件，引发碰摩、抱轴卡滞甚至着火等二次故障，严重威胁燃气轮机的安全可靠运行。
对燃气轮机叶片状态进行监测，实时分析叶片状态，是保证燃气轮机安全可靠运行的重要手段。
关键词：燃气轮机；叶片断裂；故障诊断方法1国内燃气轮机控制系统的发展现状分析国外各个科研机构针对燃气轮机控制系统的研究与国内具有很大相似性，而且许多外文学术成果是国内科研单位产生。
对 ASME 近五年关于燃气轮机控制系统的相关会议论文进行整理和粗略统计，文章标题中的有效高频词按照使用次数从大到小可排列为：模型 / 建模、控制、诊断、监测、传感器、故障、健康、检测和预测。
其中比较有代表性的工作有：Samuel Cruz-Manzo 建立了双轴工业燃气轮机性能分析的热力学瞬态模型，CodyW.Allen 研究了用于故障检测的降阶线性燃气轮机模型。
Amit Pandey 开展了燃气轮机模型预测控制，Alex Tsai 开展了混合固体氧化物燃料电池燃气轮机发电机模拟器的多模型自适应控制，Y.G.Li 等人开展了基于人工神经网络的燃气轮机功率设定传感器故障检测和调节。
Gbanaibolou Jombo 开展了燃气轮机传感器故障自动诊断、Moritz Lipperheide 针对重型燃气轮机的长期 NOx 排放特性设计了一种基于模型的监测和诊断方法，Xiao jun Li 基于神经网络增强模糊逻辑专家系统的旋转机械监测与故障诊断方法。
燃气轮机压气机首级动叶弯曲原因及检修工艺介绍
对 油性积垢 的清除效 果没有 干洗理 想 。
气 因为 缸壁 的导热 系数较 大 ，其 温度远 高于周 围环境 温
冬季清洗压气机 ，如果清洗后盘 不允分 ，残余的 度 （厂房 内气温 ），所 以缸 擘不断 向环境 散热 而降温 当压
水 、汽将 降温结 冰 从 图 ｌ的气缸壁结 构 可以看 出 ．压气 气机内部的湿空气温度降到该压力下的饱和温度时，空
提高 。
结冰的现象。这种改进初投资少 ，运行成本低 ，而收效却
③修 复 弯曲 的首级动 叶后 ，叶顶 部位 不再有 涡流存 ｔ‘分 显著 ●
机进气缸呈喇叭口形，前缸旱网锥形，中缸及排气缸前 气中的水蒸气会 断地 向缸壁释放 汽化潜热而凝结 成
部呈圆柱形 粘附在转子及缸体 部的水在重力作用 Ｆ 水 ，并 沿缸壁 向衄低点 流 动 ，当环 境温 度降 至零 下 ，缸壁
流到 底 部 ，其 中排 气缸 内积水 流 至 Ｃ处 的防 喘放 气孔 会 迅速散热而降温至零下。积存于进 口导叶轴套或酋
道 变窄 ，降低了压气机 的工作效率利整机 的热效率；再 次加热后难 以将叶片修复到位，一般校正一片弯曲叶片
次 ，弯 曲的叶 片使 转子 动平衡受 到一 定程度的 影响
需 对叶 片加 热两 次 ，而加热 次数 过多则 容 易 导致 叶片 内
（１）压 气机 喘振
部金属结构的变化 这种修复方案的优点是简单 易行，
工况时 ，这种气体脱离现象 导ｎ十的开度增大而变得更 因此 建议 慎用此 方案
为严莺，极 易造成机组喘振
（２）打磨掉 叶片 弯 曲部分
发生喘振时，压气机的流量和压力大幅度 、低频率的 这种方案就是将动叶卷边部分去除，并且对叶片前
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MS6001型燃气轮机压气机一级动叶片断裂分析摘要燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等主要部件组成，其中压气机的性能对燃气轮机性能有很大的影响。
而压气机的喘振工况是气流强烈脉动的工况，在这种工况下运行的燃气轮机不仅振动大，而且可能发生叶片断裂的严重事故，因而不允许在这种工况下运行，但是除此之外，还可能有其它原因能够造成叶片的断裂，本文只针对ms6001型燃气轮机压气机的一级动叶片断裂进行简要的分析。
关键词燃气轮机；压气机；叶片断裂
中图分类号[te99] 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）34-0103-02
压气机有轴流式和离心式两种。
轴流式是多级的，离心式是一级或两级的，其工作原理和性能分别与通用的轴流压缩机和离心压缩机相同。
轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合，在功率大于1mw的大、中型燃气轮机中普遍应用。
在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式，因而在1mw以下的小功率燃气轮机中广泛采用离心式压气机，由于级数少因而缩短了压气机的轴向长度。
功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。
2006年专家对燃气轮机压气机断裂的马氏体不锈钢astm403叶
片进行了宏观检查、化学成分分析、硬度测试、断口分析（体视显微镜和扫描电镜分析）、微观金相组织检验分析、扫描电镜和能谱分析，通过以上各项实验的综合分析并结合叶片运行工况特点，得出叶片断裂的主要原因是烟气颗粒对叶身冲蚀形成的点状凹坑缺
陷在交变应力的作用下所引起的低周疲劳开裂。
1 断裂原因分析
ms6001型燃气轮机压气机叶片材质为403，属于马氏体不锈钢，淬透性好，一般经油淬活空冷后才能得到马氏体组织。
这种钢具有较高的硬度，韧性，较好的耐腐蚀性，热强性和冷变形性能，减震性也很好。
为了更好地分析ms6001型燃气轮机压气机叶片的断裂原因，指导机组修复和随后的安全运行，我们做了以下各项试验分析：宏观检查，化学分析，硬度测试，端口分析，金相检验，扫描电镜和能谱分析以及综合分析。
1.1 宏观分析
通常叶片工作部分在型线近叶根附近断裂，整个端口高低不平，叶身、底座和断口上都覆盖有黑色的氧化层，不同区域颜色有所差异，源区最深，扩展区较深，瞬断区较浅，叶身内弧侧有多处明显的点蚀坑，根据运行工况推断应为烟气颗粒冲蚀所致。
断口从宏观上看，源区有明显的疲劳贝壳纹特征，瞬断区呈明显的纤维状特征。
1.2 硬度测试
在叶片底部取样进行布氏硬度试验，在样品上取三点进行测量，
结果硬度值相当接近，分别为：250，249和250。
硬度值在13叶片钢的正常经验硬度值范围内。
1.3 断口分析
体视显微镜观察分析断裂源区和瞬断区形态有明显的差异，断口起源于内弧侧的点蚀坑，以点蚀坑为中心有典型的疲劳贝壳纹特征，瞬断区呈典型的纤维状。
断裂源区靠近叶身内弧侧中部，瞬断区位于叶片进气侧。
扫描电镜观察分析用400型扫描电子显微镜观察叶片断口微观形貌，结果表明断裂起源于叶身表面的点蚀坑，断裂源区附近的马氏体板条上有低周疲劳条纹特征。
疲劳裂纹在点蚀坑内萌生，进而在应力作用下逐渐扩展，扩展区内有一定的疲劳条带特征，而瞬断区则为沿晶断裂特征。
2 采取改进措施
2.1 调整压气机进气导向叶片间隙
燃气轮机在运行过程中，进气导向叶片（igv）叶片是以燃机的转速信号为控制基准，有电液伺服控制开度，最小开度为34°，最大开度为86°，igv叶片在此范围内连续可调。
igv叶片在燃气轮机起停机等低转速过程中是防止压气机喘振的重要机构之一。
喘振是由于压气机空气流量出现波动，忽大忽小，压力出现脉动，时高时低，严重时出现压气机气流倒流的现象，同时还会出现低频的怒吼声，使机组伴随强烈的震动，叶片受到交变的强激振力，造成机组灾难性的事故。
因此，igv叶片的安全可靠性对于燃气轮
机至关重要。
而igv叶片的安全可靠性主要取决于其是否卡涩、转动是否失灵，叶顶与进气内缸间隙、叶根与进气外刚间隙是否超过规范。
2.2 调节透平动叶膨胀间隙
由于燃气轮机透平转子在高温高压的环境中运行，透平动叶必定产生一定的膨胀，即透平动叶叶根部分在冷态下（停机状态）需保留一定的间隙，其中一级动叶为叶根0.2mm~0.3mm，这样才能使透平叶片在高温状态下运行时膨胀后处于正常的工作状态。
在实际使用中，ms6001燃气轮机的第一级动叶叶身内部有径向冷却空气孔，防止运行时高温燃气对动叶的烧蚀和使动叶发生蠕变变形。
旧型的一级动叶叶身内部设计了12个光滑冷却空气孔，而改进型一级动叶则设计了16个冷却空气孔，且沿叶片外缘呈二排布置，这样增加了气流在冷却空气孔内的摩擦、传热面积和滞留时间，显著提高了径向冷却空气的传热性能，更加降低了使叶身镍基合金基材的温度。
燃机转子经过长期高温运行后，一些氧化物、积垢或积炭等会沉积在动叶的长柄叶根和z型叶冠的间隙处，堵塞部分冷却空气孔，特别是燃烧重油燃料后，积垢更甚，这些积垢什物沉积在间隙中会严重影响透平动叶在运行过程中的不正常膨胀，使叶片产生应力，部分冷却空气孔堵塞降低了冷却效果，这些因素形成了事故的隐患。
3 结论
通过以上分析，我们只有找出燃气轮机叶片断裂的真正原因，从而才能够对症下药，采取相应的预防和检修措施，这样才能够有效的避免事故再次发生，使燃气轮机的正常工作得到保障。
参考文献
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[4]王明杰，雷志军，朱俊强.压气机叶片附面层转捩的试验研究[j].工程热物理学报，2008(3).。