在火電廠、核電廠機(jī)組運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)葉片工作在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速或濕蒸汽區(qū)等惡劣環(huán)境中，經(jīng)受著離心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蝕和振動(dòng)以及濕蒸汽區(qū)高速水滴沖蝕的共同作用，再加上難以避免的設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量及運(yùn)行工況、檢修工藝不佳等因素的影響，常會(huì)出現(xiàn)損壞，輕則引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，重則造成飛車事故。因此，汽輪機(jī)葉片的安全可靠直接關(guān)系到汽輪機(jī)和整個(gè)電廠的安全、滿發(fā)。

汽輪機(jī)葉片事故長期困擾電廠機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從國內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，葉片損壞事故占汽輪機(jī)事故的30%。

葉片損壞的位置，從圍帶到葉根都有。據(jù)日本歷年的統(tǒng)計(jì)資料，各部位出現(xiàn)損壞的百分率見表1。此外，汽輪機(jī)各級(jí)葉片的損壞機(jī)會(huì)是不均勻的，據(jù)美國對(duì)50臺(tái)大型機(jī)組的統(tǒng)計(jì)，葉片事故幾乎全發(fā)生在低壓缸內(nèi)，其中末級(jí)占20%，次末級(jí)占58%，而且集中區(qū)是高壓第一級(jí)，即調(diào)節(jié)級(jí)。據(jù)日本的統(tǒng)計(jì)，也有20%的事故發(fā)生于此。因此，在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，均應(yīng)注意這些部位。



葉片損壞的原因是多方面的，可以從不同角度加以分析。例如，從發(fā)生的機(jī)理區(qū)分，60%～80%的損壞原因是振動(dòng)；從責(zé)任范圍區(qū)分，可歸納為設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和老化等。在實(shí)際工作中，如果能及時(shí)找出主要原因，掌握葉片事故前后的征兆，采取相應(yīng)措施，就能避免事故的發(fā)生，提高機(jī)組的使用壽命和安全可靠性。

1 近年來大型機(jī)組葉片損壞概況

從近年來發(fā)生的17例葉片故障統(tǒng)計(jì)中，筆者分析了上海汽輪機(jī)有限公司、哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司、東方汽輪機(jī)廠、北京重型電機(jī)廠(表中簡稱上汽、哈汽、東汽、北重)生產(chǎn)的以及美國、日本、前蘇聯(lián)和歐洲一些國家引進(jìn)的200 MW以上超高壓、亞臨界及超臨界壓力大功率汽輪機(jī)葉片故障。這些故障造成葉片損壞的形式分為損壞(喪失基本功能，危及安全)和損傷(降低經(jīng)濟(jì)性，能安全使用)。葉片損壞形式：折斷、裂紋、扭彎、二次損壞及其它；葉片損傷形式：蜂窩狀、開焊、麻點(diǎn)、銹蝕、擦傷。

2 葉片故障原因分析

2.1 葉片故障的特點(diǎn)

(1) 葉片故障發(fā)生在低壓缸的有13例，占統(tǒng)計(jì)　總數(shù)的82.35%，而末級(jí)葉片損壞又為多發(fā)部位，有9例，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的52.94%，調(diào)速級(jí)有2例，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)11.76%，中間級(jí)所占比例很小。

(2) 運(yùn)行維護(hù)方面的問題是近期引起葉片損壞的主要原因。由于1996年以來大部分地區(qū)電力負(fù)荷需求不旺，致使大機(jī)組長期在低負(fù)荷下運(yùn)行。而許多大機(jī)組末級(jí)葉片按常規(guī)基本負(fù)荷設(shè)計(jì)，沒有考慮調(diào)峰運(yùn)行和高背壓運(yùn)行的需要，在小容積流量下長期運(yùn)行的性能及對(duì)壽命損耗的影響難以確定。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，葉片未能按三元流方法設(shè)計(jì)，因而氣動(dòng)性能較差。末級(jí)反動(dòng)度沿葉高變化劇烈，葉型頂部的反動(dòng)度大，底部的反動(dòng)度小。后者愈小，在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)愈容易產(chǎn)生脫流，進(jìn)而增大葉片動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)，并產(chǎn)生出汽邊水沖蝕。這使末級(jí)葉片運(yùn)行環(huán)境更差，葉片更容易出故障。

(3) 引進(jìn)機(jī)組葉片損壞多為葉片設(shè)計(jì)制造問題。

(4) 調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉及噴嘴受固體粒子沖蝕嚴(yán)重，由于不影響安全運(yùn)行，沒有引起足夠重視，但它直接影響機(jī)組效率。

2.2 葉片損壞原因

2.2.1 設(shè)計(jì)原因

(1) 葉片振動(dòng)特性設(shè)計(jì)不準(zhǔn)，使葉片及輪系發(fā)生共振，而引起葉片斷裂。占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的23.53%；

(2) 葉片設(shè)計(jì)動(dòng)強(qiáng)度不足，使葉片出現(xiàn)故障。占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的17.65%。

2.2.2 制造原因

制造方面引起的葉片事故最多。如葉片裝配的問題，還有機(jī)械加工的問題，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的58.82%。

2.2.3 運(yùn)行原因

運(yùn)行方面引起的葉片故障也不少。如水蝕、水擊、蒸汽參數(shù)低、濕度大、長期高周波、低負(fù)荷運(yùn)行、頻繁啟停、汽水品質(zhì)不好等，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的35.29%。

2.2.4 檢修原因

檢修方面引起的葉片故障有更換葉片未按規(guī)程進(jìn)行，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的11.76%。

2.2.5 葉片材料原因

葉片材料缺陷，造成葉片損壞的有：材質(zhì)不良、選材不當(dāng)、材料熱處理不當(dāng)，占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的17.65%。

3 防止葉片損壞事故的措施

3.1 用戶應(yīng)作好對(duì)制造廠的葉片監(jiān)造工作，對(duì)機(jī)械加工、裝配、檢查和試驗(yàn)等，特別是裝配的質(zhì)量，應(yīng)層層把關(guān)，把存在的問題消滅在萌芽狀態(tài)，保證出廠產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。

3.2 安裝過程中，要對(duì)葉片外觀進(jìn)行檢查，對(duì)葉片頻率進(jìn)行復(fù)測(cè)，以檢查制造廠提供葉片頻率數(shù)據(jù)的真實(shí)性并建立葉片技術(shù)檔案。為了防止損壞葉片，在汽、水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝過程中，應(yīng)布置合理的疏水系統(tǒng)。

3.3 機(jī)組運(yùn)行操作，必須嚴(yán)格按制造廠及運(yùn)行規(guī)程所規(guī)定的程序進(jìn)行，杜絕錯(cuò)誤的運(yùn)行操作程序，以防止由于操作不當(dāng)而導(dǎo)致葉片損壞。

3.4 檢修中，對(duì)汽輪機(jī)葉片的檢查和維護(hù)應(yīng)按正確合理的維修工藝進(jìn)行。

(1) 對(duì)葉片進(jìn)行外觀檢查，對(duì)損傷的輪級(jí)葉片進(jìn)行探傷和仔細(xì)檢查，嚴(yán)禁帶缺陷運(yùn)行。

(2) 對(duì)葉片進(jìn)行靜態(tài)振動(dòng)頻率測(cè)試，尤其對(duì)損傷的輪級(jí)葉片振動(dòng)頻率測(cè)試更為重要。

(3) 防止損傷葉片的殘骸及檢修工具雜物遺留在汽缸內(nèi)。

(4) 防止對(duì)布置的中、低壓缸前后隔板裝錯(cuò)。

(5) 受機(jī)械損傷和水蝕的葉片在檢修時(shí)應(yīng)按合理的維修工藝及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

(6) 更換汽輪機(jī)葉片時(shí)，葉片裝配質(zhì)量應(yīng)符合ZBK54018-98"汽輪機(jī)主要零部件(轉(zhuǎn)子部分)加工裝配技術(shù)條件”的要求。

(7) 對(duì)動(dòng)靜葉片結(jié)垢、第1級(jí)葉片的沖刷和末級(jí)葉片的水蝕要足夠重視，并應(yīng)在大修中進(jìn)行處理和修復(fù)，否則將影響機(jī)組效率。例如，對(duì)于300 MW及600 MW機(jī)組，由于結(jié)垢使調(diào)速級(jí)噴嘴面積減少10%，機(jī)組的出力將減少3%；由于外來硬質(zhì)異物打擊葉片損傷以及固體粒子侵蝕葉片損傷，視其嚴(yán)重程度都可能使級(jí)效率降低1%～3%。

(8) 對(duì)100 MW以上機(jī)組進(jìn)行通流部分改造，以提高效率和增容時(shí)，不要忽視對(duì)通流部分損傷所造成的損失。(羅劍斌 譚士森 袁立平)