汽轮机转子末级叶片断裂失效分析
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。
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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。
某电厂#3机叶片断裂故障分析及处理
某电厂 #3机叶片断裂故障分析及处理摘要：某电厂#3汽轮机叶片大修时发现一叶片断裂，为了避免机组重大事故发生，电厂对断裂原因进行了分析并制定了防范措施关键词：汽轮机、叶片，断裂，疲劳，振动1.机组概况#3机是上海汽轮机厂制造的单缸、冲动、抽汽冷凝式具有一级调整抽汽汽轮机，型号：C60-8.83/1.275-2。
机组额定功率50MW（已扩容至60MW），主蒸汽压力：8.83MPa，主蒸汽温度：535℃，低压调整抽汽压力：1.27 MPa。
2004年，由哈尔滨哈汽电站设备有限公司改造扩容，由50MW扩容至60MW。
机组上次大修时间2013年5月。
二、故障介绍2017年9月10日热电站3#机组因发电机差动保护动作联锁停机，因发电机转子需出厂抢修，#3汽轮机转大修，同步开展寿命评估工作。
汽轮机开缸后发现末三级动叶片有两片断裂（见图1）。
转子外观目测发现末三级叶片大面积击打损伤，经省特检院磁粉检测，末三级需更换叶片37片，热电厂报采购计划，哈尔滨哈汽电站设备有限公司加工新叶片。
10月11日，我厂认为末四级叶片进汽侧也存在击打损伤，为确保安全再次联系省特检院对末级四叶片进行检测，经检测末四级叶片需更换41片。
10月28日，转子运往北京北重汽轮电机有限责任公司，更换叶片，拔末四级叶轮配合大轴检测等寿命评估相关工作。
11月4日，末三级、末四级叶片拆卸完毕，省特检院结合寿命评估对末三、末四级叶片进一步检测，根据DL/T 438-2016《火力发电厂金属技术监督规程》第12.2.1节规定，省特检院认为末三级共126片叶片进汽侧均存在大量严重的碰撞痕印和划痕需全部更换（见图2），末四级叶片有85片叶片的进汽侧存在严重的碰撞痕印需更换，并告知我厂。
11月6日，热电厂机动科、公司机动处、省特检院共同到北重对拆卸的叶片进行检查确认，同意按照特检院建议的叶片更换数量进行更换，热电厂提报紧急采购计划，哈汽电站设备有限公司加工新叶片，对上述叶片更换。
汽轮机叶片断裂故障及处理
运行与维护Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2020年第24期2020 No.241 汽轮机设备概况某电力有限公司#5、6两台汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂生产的引进型号为N300—16.7/537/537的亚临界、一次中间再热、反动式、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机组，机组额定负荷为300 MW 。
机组高、中压汽缸采用合缸且为内、外双层汽缸结构，低压缸为对称分流式结构，主要由1层外缸、2层内缸组成。
高、中压转子和低压转至之间采用刚性联轴器联接。
汽轮机共有5个轴承，分别为4个径向支持轴承、1个推力轴承，其中1#为组合式支持推力轴承。
为了平衡轴向推力，本机除了采取对称布置外，同时还设有平衡阀，余下的由组合式支持推力轴承平衡。
汽轮机还设有一套5 %串级疏水旁路系统。
其结构示意图如图1所示。
图1 某电力公司汽轮机结构示意图本机组轴封系统是自动密封系统，在机组启动、空载及低负荷时，缸内出现真空，为防止空气漏入，需向轴封系统提供低压蒸汽。
在高负荷时，为防止高、中压缸轴端漏气，设有定压轴封供汽母管，母管蒸汽气源共有3路，分别来自于主蒸汽、再热蒸汽和辅汽联箱。
2 故障概况在2017年3月、2017年5月采用阿尔斯通（GE ）技术进行了汽轮机进行通流改造，改造后运行2年有余，期间运行一直稳定，各轴承振动及其他参数运行状况良好，如表1所示。
表1 汽轮机通流改造后轴承振动情况机组负荷/MW 01503001瓦振动/μm 26.533.130.82瓦振动/μm 35.814.322.53瓦振动/μm30.219.342.4但在2019年3月25日、5月24日，#5、6两台汽轮机在运行过程中1瓦相对轴振开始缓慢增大，且随着机组负荷变化而发生波动。
当#5机组负荷294 MW 时，1瓦振动从42 μm 突然上升至130 μm ；当#6机组负荷229 MW 时，1瓦振动从40 μm 突然上升至116 μm （机组最大轴振数据情况如表2所示）。
俄罗斯机组汽轮机叶片断裂失效机理分析
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２ 化学成分分析 ． ２
第２ 、３ ２２级叶片材质为２Ｘ ３ ０１
（ 当于 国产２ ｒ３ ， 相 Ｃ１）化学 成分 分 析 取２ 试样 。分析 结果 表 明 ， 组 第 ２ 、３ 叶片 化 学 成 分 符合 俄 罗 ２２ 级
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纽汽轮机叶片断裂失效机理分析
王小迎 白小云 王 克运 ， ，
７ ０５ ；２大唐 灞桥 热 电厂 ， １０４ ． 陕西 西 安 ７０３） １０ ８
（． 电力科 学研 究 院 ， １陕西 陕西 西安
摘
要： 通过化 学成分 、 口宏观 、 断 常温和 高温拉伸性 能试 验、 显微组 织、 显微硬 度 、 口Ｓ Ｍ扫描 电镜及Ｅ ｓ 断 Ｅ Ｄ 能
／０ ２单轴 、 １— ． 双缸 、 冲动 、 两级
习 整抽 汽凝 汽式 汽轮 机 。
该 机 组 自２ ０ 年 ９ 投 运 以 ０４ 月
状 扩展 条纹 是交 变 应力 导致 裂纹 扩 展 时 留下 的痕迹 ：断 １出汽侧 ５ 的形 态 显示 该 区域 为叶 片 的最终 破 断 区 ，最 终破 断 区是疲 劳 裂纹
６ ０ ６ ０℃退 火 ．８ ７ ～８ ６ ５℃补 充 退
纹扩展区域不仅存在疲 征， 并且存在较多的二次
征 （ 图１ ）说 明叶根在 见 ２，
火） 的要求 。
作 用下 ．疲 劳裂纹 发展 ｊ 段， 出现较为复杂的应力
图６ ２ ｄ ４ 样 内弧 侧 凹 坑 １ ０ ３一 试 ０ｘ
就 会导致裂纹 萌生 。
汽轮机不锈钢叶片失效分析
汽轮机不锈钢叶片失效分析摘要：汽轮机能否正常运转，叶片起着极其重要的作用。
材料的选择、加工和安装都决定了机器人的安全运行。
过去，汽轮机叶片经常发生故障。
虽然我国的机械制造技术越来越完善，但汽轮机的机械制造技术也越来越完善，叶片断裂事故并不少见，但要找出断裂原因，防止出现安全隐患。
关键词：汽轮机叶片；断裂引言疲劳断裂是汽轮机叶片最常见的实用形式。
汽轮机叶片的工作条件和环境非常恶劣。
主要发生在应力状态、工作温度、环境介质等方面。
根据叶片的断裂形式，可分为应力疲劳损伤、腐蚀疲劳损伤和其它损伤原因。
根据叶片断裂的原因，提出了有效消除叶片断裂安全事故，阻碍基因生产的解决措施。
1 叶片断裂分析当叶片断裂时，通常发生在叶片的中部和根部。
汽轮机叶片在工作过程中的粘聚力和变形是由离心力和蒸汽压力引起的。
刀锋在振东作用下不仅引起强迫，而且产生共振。
复杂的交流力最终是由应变力和松弛应变力引起的。
刀刃的疲劳会折断。
各级叶片的工作温度不同。
第一级叶片温度最高。
蒸汽的步进温度逐渐降低，末级叶片在100℃以下滑动，蒸汽容易在末级叶片上形成小液滴。
在蒸汽中，水滴在蒸汽中。
如果有腐蚀性元素，会与水形成电解液，电解液的形成和微电池的形成导致电化学腐蚀。
这部分腐蚀点是叶片的薄弱环节，其影响往往就是这一腐蚀点。
叶片断裂是由疲劳引起的。
疲劳在叶片排气中承受着较高的应力和应变。
最常见的机翼沟槽在叶片表面形成应力状态，裂纹容易扩展。
核电汽轮机二级和末级叶片的有效作用。
对其原因进行了分析和优化。
叶片的绝热特性是由空诊断引起的高血压破裂所致。
优化设计方案是在叶片工作部件的适当位置安装并加固叶片。
叶片断裂的原因是应力集中。
随着裂口的逐渐扩大，叶片被拆除，叶片被拆除。
介绍了300mw和300mw组件。
分析了600mw汽轮机的振动特性、频率数据和宏观特性，总结了叶片、叶根和叶片的有效模态。
叶片失效的原因是通过振动测量来确定的。
叶片疲劳试验为叶片疲劳分析提供了参考。
710 mm末级叶片疲劳断裂事故解析
山 东 化 工 收稿日期：２０２０－０４－１０作者简介：张向军（１９８５—），注册无损检测高级工程师，从事电厂锅炉、汽轮机、金属技术监督管理工作。
７１０ｍｍ末级叶片疲劳断裂事故解析张向军１，王 强２，苏焕朝３，张 琼４（１．华电电力科学研究院有限公司西安分院，陕西西安 ７１００５４；２．华电山西能源有限公司，山西太原 ０３０００６；３．华电国际朔州热电分公司，山西朔州 ０３６０００；４．西北电力建设第三工程有限公司，陕西咸阳 ７１２０２１）摘要：通过现场调查、断口分析和理化检验，以及机组运行期间所检出７１０ｍｍ叶片裂纹分布情况的表明，事件原因为机组叶顶围带损伤使叶片在非设计状态下运行，叶片断裂部位疲劳损伤，在应力集中部位（叶片端面起始变截面处）优先形成裂纹并逐步扩展造成叶片疲劳失效。
本文对事件发生的原因进行分析，提出了事件处理及防范措施。
关键词：７１０ｍｍ叶片；疲劳损伤；原因；防范措施中图分类号：ＴＱ５１５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）１１－０１１４－０３ 汽轮机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［１－２］。
由于叶片工作条件恶劣，受力情况复杂，断裂事故经常发生，且后果又较严重，所以对叶片断裂事故的分析研究至关重要。
叶片断裂事件原因为机组叶顶围带损伤使叶片在非设计状态下运行，叶片断裂部位疲劳损伤，在应力集中部位（叶片端面起始变截面处）优先形成裂纹并逐步扩展造成叶片疲劳失效［３－５］。
图１ 末级叶片断口情况（叶轮侧）某电厂３号汽轮机为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽、可调整抽汽式凝汽式汽轮机，型号为Ｃ３３０／Ｎ２００－１６．７／５３９／５４０。
汽轮机共有八段非调整抽汽。
汽轮机分为高压缸、中压缸、低压缸，高压缸共１２级，第１级为单列调速级，其余各级均为压力级；中、低压缸各有１０级压力级；低压缸对称分流各６级。
探究导致低压缸末级叶片损坏原因
探究导致低压缸末级叶片损坏原因摘要：本文对127MW汽轮机低压缸末级叶片断裂原因进行了全面的分析，对末级叶片断裂主要原因进行详细探究。
由于汽轮机频繁启停增加了机组低频疲劳，尤其影响低压缸末级叶片，低负荷工况下，蒸汽流动条件的改变，可能背压造成末级叶片冲击。
关键词：末级叶片；背压；断裂1、概述某电厂机组在做完甩负荷试验时，机组转速3300rpm时，机械超速保护动作后，转速下降到2800rpm，按照规定不应低于2950rpm，停机后立即安排检查，发现低压缸末级叶片多处扭曲损坏，部分末级叶片存在不同程度的变形，小部分脱落。
在低压缸末级叶片多处有断裂、开裂现象。
汽机末级动静叶片损坏，尤其末级动叶片受损严重，变形特征相同。
2、汽轮机低压缸叶片型式及存在的隐患汽轮机采用的是三压再热式双缸、双缸向下排汽、凝汽式汽轮机，由锅炉产生的高压、再热及低压蒸汽，通过置于机组左侧的一组截止阀和控制阀，依次进入高中低压缸在联通管中，低压主蒸汽与中压汽机排汽混合，然后流经低压缸，并最后排入凝汽器。
蒸汽是在汽机叶片间的空间流动做功，流入汽轮机的蒸汽的质量与流出是一样的，但汽机入口处蒸汽温度压力都比较高，体积较小，蒸汽在汽轮机内部做工后出口处功伴随着压力和温度的降低，而汽体体积膨胀，需要更大的通流面积才能排出相同质量的蒸汽，所以汽机末级叶片是最长的。
由于机组为单轴机组，发电机、燃气轮机、蒸汽轮机布置在一根轴上，当燃机开始启动到并网以及直到汽轮机进汽前，锅炉在启动阶段尚且不能产生满足汽机进汽条件的蒸汽，而汽机高速旋转的同时使叶片温度上升，没有足够蒸汽或者说蒸汽量不够的时候，热量无法快速被带走，就会造成叶片超温，而低压缸叶片最长，其温度上升最为明显，因此在机组启动期间，应设置有相应的冷却蒸汽进入低压缸，带走因鼓风摩擦产生的热量，对其进行冷却。
汽轮机在运行时外来杂物会造成叶片损坏。
汽机在高速旋转过程中,若有异物进入叶片动静间隙，会对叶片造成严重损坏。
引进型300MW、600MW汽轮机低压次末级(474mm)叶片失效分析研究
第六 级左旋 ３ 号 叶根裂纹 ，１ １ ３ ２ １２ １号 汽 轮 机 叶 片失 效 概 况 （０ ０年 ９月 ） ． ． ２０
轮均 由美 国西 屋 公 司加 工并 由哈 尔 滨
汽轮机厂组装 。 在此 本文 以 平 圩发 电有 限 公 司 两 台汽 轮 机 低压 第 六 级叶 片失 效 为 例，
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第４ ４卷 第 ４ 期
２０ ０ ２年 ８月
汽
轮４ ＮＯ ４ ｌ４ ． Ａｕ ． ０ ２ ｇ２ ０
ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
汽 引进 型 ３０ ０ ＭＷ 、０ ＭＷ 轮 机 低 压 次 末 级 ６０ （ ７ ｍ 叶片 失 分 析 研 究 ４ ４ ｍ） 效
3叶片失效情况31叶片失效概况311平圩发电公司2号汽轮机叶片失效概况1998年9月低压i转子第六级左旋第97号叶片在1998年9月大修发现失效断裂位置进汽边距叶顶95mm出汽边距叶项105ntm断面状况宏观源个背弧长度的115然后靠背弧区域一直至背弧最凸点均有疲劳纹疲劳纹为叶片厚度的一半另一半在内弧则为稍光滑的区域最后静力拉断区在进汽边其面积约占整个断面的1415312平圩发电公司1号汽轮机叶片失效概况2000年9月低压ii转子第六级左旋31号叶根裂纹裂纹在内弧进汽侧面第二齿一条裂纹一直裂至近背弧进汽侧面第二齿分二条裂纹31号叶片拆下后检查内弧侧叶根有一起始点后分支两条裂纹最长一条裂纹长约40mm短的一条裂纹长约llmm
片安全裕度下 降 ， 累积疲劳所 致 。
关键 词 ： 汽轮机 ； 叶片 ； 失效 ； 分析 分 类号 ：Ｋ ６ Ｔ２８ 文 献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ １５ ８ （０ ２ ０ －２４０ １０ －８ ４ ２ ０ ） ４０ ２ － ４
发动机压气转子叶片断裂失效分析
发动机压气转子叶片断裂失效分析摘要：航空发动机在长期使用后压气机Ⅲ级转子叶片断裂失效。
对叶片表面及断口的宏微观形貌进行了观察和能谱分析，并对叶片的组织和硬度进行了检测。
研究结果表明，发动机压气机Ⅲ级转子叶片是在存在严重腐蚀损伤情况下发生的振动高周疲劳断裂，空气中的S，Cl元素导致叶片进气边产生严重的腐蚀损伤，对疲劳裂纹的萌生起着重要的作用。
基于此，下面，本文将对发动机压气转子叶片断裂失效进行分析。
关键词：发动机；压气转子叶片；叶片断裂；失效分析引言：航空涡轮喷气发动机是以空气为工作介质的航空器动力装置，其基本工作原理是：外界的空气通过航空器进气道引人压气机，再由压气机增压后进人燃烧室；燃烧室对空气加热，产生高温、高压的燃气；燃气在涡轮中膨胀做功，使涡轮部件转动并带动压气机旋转继续压人空气，同时从涡轮中流出的高温高压燃气在尾喷管中继续膨胀，沿发动机轴向高速从喷口向外喷出，使发动机获得反向推力。
压气机是航空涡轮喷气发动机的关键部件之一，其主要作用是提高作为发动机工作介质的空气的压力。
压气机主要由机匣、转子叶片和静止叶片三大部分组成。
转子叶片是航空发动机结构件中的关键零部件之一，由于其为高速旋转的动部件，数量多、形体单薄、载荷状况严酷、工作环境复杂，使其一直成为发动机使用和实验中故障率最高的零部件之一；而且，转子叶片的损坏还对整机性能影响很大，有的甚至可以导致严重的事故。
航空发动机压气机叶片常常因共振而导致断裂失效，因此，下面，本文将会分析发动机压气转子叶片断裂失效问题。
一、发动机压气转子叶片的失效影响因素低压压气机3级轴流式（CFM56－5C为4级）。
3级转子为整体钛合金锻件制成。
高压压气机9级轴流式。
进口导流叶片和前3级静子叶片可调，静子机匣为对开式，6～9级机匣为双层结构，外层机匣上设有5级空气引出口，内层机匣为低膨胀合金制成并在5级引出空气包围中，起到了控制压气机后面级间隙的作用。
转子鼓筒1～2级为钛合金锻件惯性摩擦焊成，3级盘为钛合金锻件制成，4～9级为Rene95惯性摩擦焊成。
某汽轮机断叶片故障案例分析(2)
某汽轮机断叶片故障案例分析（2）叶片断裂是大型旋转机械中典型的不平衡类故障，同时也是会给机组带来非常严重后果的故障之一。
我们再来回顾一下：机组振值的突然跳变有三种可能：叶片断裂、异物进入和垢层脱落。
它们的故障机理和不平衡故障是相同的，主要特征有三条：1.振动的通频振幅在瞬间突然变化；2.振动的特征频率是转子的工作频率；3.工频振动的相位也会发生突变。
第一部分：设备概况首先我们还是来看一下本期所要讲述的设备的基本情况。
该合成气机组由汽轮机驱动压缩机。
其中，汽轮机振动的报警门限为70μm，联锁门限为100μm，机组总貌图如图1所示。
图1 合成气机组总貌图第二部分：故障现象2017年8月24日11：29分，合成气汽轮机四个通道在转速未做调整的情况下，汽轮机进汽侧两通道振值突然出现大幅跳变。
从稳定运行时的30μm，变化至60μm左右，变化时间在2s以内；排汽侧也同步小幅变化了10μm左右。
随后机组运行过程中，汽轮机各通道振值随转速变化始终比较同步，见图2。
图28月24日振动通频趋势图由于没有到达报警值，用户研究决定继续观察运行。
机组运行至11月30日21:20时，汽轮机四个通道振值再次出现大幅跳变。
表现为进汽侧两个通道下降（我们在第一讲的时侯说明过，振动突然下降也是非常危险的），排汽侧两个通道大幅上升，最大达到80μm，见图3，随后机组降转速运行，振值最大达到95μm，不得不停机检修。
图311月30日振动通频趋势图第三部分：原因分析2017年8月24日汽轮机第一次出现振值跳变时刻，各通道GAP电压趋势稳定，说明传感器系统正常，为真实信号；对比相关工艺量数据，均无明显同步关系，因此可排除工艺调整方面的原因。
结合振动图谱，发现引起振值变化的主要特征频率为1X，且1X相位同步发生大幅变化（见图4、图5）。
图4 第一次突变时1X幅值趋势图5第一次突变时1X相位趋势在振值突变时刻，波形图清晰地记录了这一时刻的突变过程，频谱图上丰富、活跃的低频成分表征了振动跳变的过程中出现了碰摩（见图6）。