Page 67 - 理化检验-物理分册2024年第三期

张 涛, 等: 超临界汽轮机低压转子 0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片断裂原因

被抽走用于供热, 导致进入低压缸的蒸汽流量很低 的交变应力作用下, 裂纹以疲劳的形式不断扩展, 最
且随载荷频繁发生变化。当进入低压缸蒸汽流量为 终导致叶片整体断裂。

20~120t / h 时, 叶片的颤振会更剧烈, 颤振的频率 建议更换低压转子正向和反向的次末级叶片, 改变
与叶片固有频率一致时就会产生共振, 从而引起叶 次末级叶片叶根与叶根槽的装配方式, 使之形成紧固的
片的疲劳断裂。 过渡配合或过盈配合。在整圈叶片间增设拉筋设计, 以
断裂叶片为汽轮机侧低压转子次末级叶片, 叶 保障运行状态下叶片的相对稳固, 尽可能减弱叶片的颤
型较长, 中间无拉筋固定。此外, 现场检查发现低压 振。优化机组运行的策略, 避免灵活性运行工况产生的
转子正向和反向的次末级叶片普遍存在叶根与叶根 汽流变化对低压转子末端长尺寸叶片造成损伤。
槽装配不紧密、 松动等问题。在超低载荷及调峰等
参考文献:
灵活性运行工况下, 叶根松动会加剧叶片的颤振, 进
而引发叶片的疲劳损伤。叶片断裂的起裂区位于叶 [ 1 ] 张元, 方毅, 孟维歌, 等 . 某电厂汽轮机叶片断裂失效
片出汽侧边缘, 该位置为叶片几何弦长方向上尺寸 分析[ J ] . 理 化 检 验 ( 物 理 分 册 ), 2019 , 55 ( 7 ): 474-
最薄的区域, 该区域抵抗疲劳开裂的能力也最弱, 在 477.
[ 2 ] 张涛, 田峰, 贺飞 雄, 等 .300 MW 汽 轮 机 低 压 转 子 动

颤振引发的交变疲劳载荷作用下叶片易发生开裂。
叶片断裂分析[ J ] . 内蒙古电力技术, 2014 , 32 ( 5 ): 41-
断裂叶片及其他次末级叶片表面未见明显的腐蚀坑
44.
或机械损伤等缺陷。此外, 起裂区的能谱分析结果
[ 3 ] 付星星, 张梅, 卢柳林 . 汽轮机叶片断裂原因分析[ J ] .
显示, 未发现腐蚀性 Cl 的存在, 因此可以排除应力
-
理化检验( 物理分册), 2017 , 53 ( 11 ): 812-817.
腐蚀导致损伤开裂的因素。 [ 4 ] 陈志军 . 某电厂 汽 轮 机 中 压 转 子 动 叶 片 开 裂 的 原 因
断口上大部分区域呈“ 海滩状” 疲劳条带形貌, [ J ] . 理化检验( 物理分册), 2021 , 57 ( 11 ): 33-36.
扩展区面积占比约为 70% , 且疲劳条带尺寸及间隙 [ 5 ] 张国滨, 宁玫, 周欣欣 . 钢中非金属夹杂物分析[ J ] . 理
细小, 说明在汽轮机运行过程中叶片承受的载荷较 化检验( 物理分册), 2021 , 57 ( 12 ): 1-7.
小, 叶片的断裂形貌为典型高周低应力疲劳断裂。 [ 6 ] 姜伟, 谢诞梅, 陈畅, 等 . 基于时域分析法的汽轮机末
在高比例波动性新能源大规模接入的背景下, 级叶片 颤 振 预 测 及 分 析 [ J ] . 振 动 与 冲 击, 2015 , 34
当前火电机组普遍采用超低载荷及调峰等灵活性运 ( 11 ): 194-199.
[ 7 ] 刘万琨 . 汽轮机 末 级 叶 片 颤 振 设 计 [ J ] . 东 方 电 气 评
行方式 [ 9-11 ] , 使抽汽式汽轮机低压缸的进汽量减少,
论, 2007 , 21 ( 4 ): 7-13.
特别是在深度调峰运行工况下, 低压转子长叶片易
[ 8 ] 赵文胜, 王鹏飞, 李燕辉, 等 . 汽轮机末级叶片 振 动 特
发生异常颤振。
性研究[ J ] . 华南理工大学学报( 自然科学 版), 2016 ,
3 结论与建议 44 ( 8 ): 8-12.
[ 9 ] 武昭原, 周明, 王剑晓, 等 . 双碳目标下提升电 力 系 统
在超低载荷及调峰等灵活性运行工况下, 机组 灵活 性 的 市 场 机 制 综 述 [ J ] . 中 国 电 机 工 程 学 报,
承受的载荷频繁发生变化; 供热抽汽造成低压缸进 2022 , 42 ( 21 ): 7746-7764.

汽量减少、 汽流大幅波动, 导致末端的长叶片发生颤 [ 10 ] 刘铸, 宋建成, 马素霞, 等 .2×300 MW 热电联产机组
振; 次末级叶片的叶根尺寸与叶根槽不匹配, 使叶根 灵活性供热控制策略研发[ J ] . 动力 工 程 学 报, 2022 ,
松动、 叶片晃动, 加剧了恶劣工况下叶片的颤振; 在 42 ( 4 ): 387-392.
[ 11 ] 郭通, 李永刚, 徐姗姗, 等 . 考虑多主体博弈的火电机
两种因素的共同作用下, 在叶片出汽侧近叶根部位
组灵活性改造规划[ J ] . 电工技术学报, 2020 , 35 ( 11 ):
的应力集中区域萌生了疲劳裂纹; 在叶片颤振产生
2448-2459.

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[ 2 ] 孙智, 任耀剑, 隋艳伟 . 失效分析: 基础与应用[ M ] . 北 [ 5 ] 惠亚军, 吴科敏, 许 克 好, 等 .500 MPa 级 高 延 性 方 管

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