汽轮机叶片发生断裂是什么原因？

来源：化工活动家公众号
作者：JokerJohn
汽轮机的动静叶片是通流部分的主要零件，动叶片不但要承受高速转动时产生的离心力，还要承受高速气流的冲击力和由于气流不均匀而产生的往复振动作用力。
【汽轮机叶片发生断裂是什么原因？】叶片损坏的情况包括叶片断落、裂纹、围带飞脱、拉筋开焊或断裂、叶片水蚀等。在正常运行中，如发生叶片断裂，断落的叶片将夹在间隙很小的动静部分中，造成碰磨，或断落的叶片在本级碰磨后，其残骸沿汽流进入后几级，造成动静部分碰磨，导致设备严重损坏。
叶片损坏事故在汽轮机事故中占的比例较大，给设备安全、生产运行带来一定影响。造成叶片断裂或脱落的原因很多，与设计、制造、材质、安装、检修工艺和运行维护等因素均有关系。
叶轮机叶片断裂的原因1. 机械损伤

外来的机械杂质随蒸汽进入汽轮机内打伤叶片。
汽缸内部固定零部件脱落，如阻汽片、导流环等，造成叶片严重损伤。
因轴承或推力瓦损坏、大轴弯曲、胀差超限以及机组强烈振动，造成通流部分动、静磨擦，使叶片损坏。

2. 腐蚀和锈蚀
叶片的腐蚀常发生在开始进入湿蒸汽的各级，这些级段在运行中，蒸汽干、湿交替变化，使腐蚀工质易浓缩，引起叶片腐蚀。另外，长期停机备用的机组也会因空气中的潮气或蒸汽漏入机内造成叶片严重锈蚀。
叶片受到侵蚀削弱后，不但强度减弱，而且叶片被侵蚀的缺口、孔洞还将产生应力集中现象；侵蚀严重的叶片，还会改变叶片的振动频率，从而使叶片因应力过大或共振疲劳而断裂。
3. 水蚀
水蚀是湿蒸汽中分离出来的水滴对叶片冲击造成的一种机械损伤，多发生在末级湿蒸汽区的低压段长叶片上，尤其是末级叶片。而末级叶片旋转线速度高，并且蒸汽湿度大，水滴多，故受水蚀程度更严重。受水蚀严重的叶片将出现缺口、孔洞等，降低叶片的强度，导致断裂损坏。
4. 水冲击
汽轮机发生水冲击时，前几级叶片的应力会突然增加，并骤然受到冷却，使叶片过载，末几级叶片则冲击负荷更大。叶片遭到严重水击后会发生变形，其进汽侧扭向内弧，出汽侧扭向背弧，并在进出汽侧产生细微裂纹，成为叶片振动断裂的根源。水冲击有时会使叶片拉筋断裂，改变叶片连接形式，甚至原来成组的叶片变成单个叶片，改变叶片振动频率，降低叶片的工作强度，致使叶片发生共振，造成断裂。
5. 叶片本身存在缺陷

设计应力过高或结构不合理，如叶片顶部太薄，围带铆钉头应力大，常在运行中发生应力集中，铆钉头断裂，围带裂纹折断，使叶片损坏。
叶片振动特性不合格，运行中因共振产生很高的动应力，使叶片损坏。
叶片材质不良或错用材料，如叶片材料机械性能差，金属组织有缺陷或有夹渣、裂纹；叶片经过长期运行后材料疲劳性能和振动衰减性能降低导致叶片损坏。
加工工艺不良，例如叶片表面粗糙，留有刀痕，围带铆钉孔或拉筋孔处无倒角等，都会导致应力集中而损坏叶片。

6. 运行维护不当

电网频率变动超出允许范围，过高、过低都可能使叶片振动频率进入共振区，产生共振而使叶片断裂。
机组过负荷运行，使叶片的工作应力增大造成超负荷。
主蒸汽参数不符合要求，频繁而较大幅度地波动，主蒸汽压力过高、主蒸汽温度偏低或水冲击以及真空过高，都会加剧叶片的超负荷或水蚀而损坏。
蒸汽品质不良使叶片结垢、腐蚀。叶片结垢后将使轴向推力增大，引起过负荷；叶片结垢后离心力增加，超过材料的抗拉强度引发断落；叶片结垢后，改变其振动特性，进入共振区而断落。腐蚀容易引起叶片应力集中或材质的机械强度降低，导致叶片损坏。
停机后由于主蒸汽或抽汽系统不严密，使汽水漏入汽缸，时间一长，通流部分发生锈蚀而损坏。

防止叶轮机叶片断裂的措施