摘要：某电厂上汽660MW汽轮机发电机组的给水泵小汽轮机汽泵运行中，“A小机2号轴承轴瓦振动大跳机”、“A小机给水泵主保护动作”，设备停机发现给水泵小汽轮机末级叶片断裂，造成轴瓦振动瞬间增大，机组跳机。
关键词：事件经过；处理过程；修复方案；原因分析；暴露问题；防范措施
给水泵小汽轮机为单缸、单流程、单轴、纯凝汽冲动式汽轮机，型号：N12.5-1.089，运行方式为变参数、变功率、变转速，小机转子共有6级动叶，第1-5级有叶顶围带，第6级无叶顶围带中间有拉筋的自由叶片，共有5级隔板静叶。转子、隔板为日本三菱进口，机组2007年11月正式投运。
1 事件经过
1.1设备运行工况，锅炉负荷650MW，主汽压力24.8MPa，主汽温567/566℃，再热汽温565/566℃，真空-95kPa，6A-6F 6台制粉系统运行，6A、6B汽泵运行，电泵备用，六大风机运行，6A、6B循环水泵运行。
1.2 2017年07月03日20:47h 6号机A汽泵跳闸。“A小机2号轴承轴瓦振动大跳机”、“A小机给水泵主保护动作停机”保护动作。RB动作，6F、6E、6D磨煤机跳闸，煤量自动减至130t/h，电泵联启，给水流量自动减至1092t/h。20:49h 手动控制电泵勺管，电泵并入系统，维持机组煤水比正常，调整主、再热汽温参数正常，逐步启动6D、6E制粉系统，目前给水泵6B汽泵和6号机电泵运行，负荷最高带530MW。
2 处理过程
2.1 6A小机2号轴承轴瓦振动大机组跳机后，汽机和热控专业人员检查设备外观无异常，手动盘车正常，通过调取运行各参数曲线分析，A小机1、2号瓦轴振、瓦振都出现突增，瓦温较正常增大5℃左右，汽动给水泵振动稍有延后也出现突增，从曲线看属振动大跳闸，初步诊断转子可能出现部件脱落，需揭缸检查。
2.2 7月4日14：00h缸温降至150℃左右，开始拆除部分保温和打开人孔检查，发现小机末级叶片发生断裂1片，扭曲变形1片。
2.3 7月5日22：00h，揭开上缸，发现第六级末级动叶片断裂1片，碰伤6片；第五级上隔板碰伤5处静叶，下隔板碰伤7处静叶，其它有轻微碰伤现象。
2.4 检查1-5级转子叶片和围带、1-4级隔板静叶、1号轴瓦乌金、推力轴承、汽封圈等无异常，2号轴瓦乌金轻微磨损，前后外轴封（共4圈）磨损较大，需更换备件。
3修复方案
3.1 7月5日22：30h，将拆除的汽泵转子连夜送至汽轮机厂检修，由于属进口日本三菱转子，厂家叶片无备品也没有生产图纸，决定再切除碰伤较大的3个叶片，包括断裂叶片共4个叶片，在汽轮机厂做完高速动平衡后回厂组装，暂时维持设备运行。
3.2 7月15日22:30h，6A小机检修完毕投入润滑油。7月16日3：00 6A小机冲转，4:47小机升速至4302转/分钟时，6A汽泵并入运行，1X轴振22um，1Y轴振32um。2X轴振55um，2Y轴振52um，2号瓦振实测15um。
3.3 7月16日13:00，6A小机修后做满负荷试验，13:30时，机组负荷640MW，转速5307转/分钟，2Y轴振攀升至110um；机组负荷670MW，转速5359转/分钟，2X轴振为70um，2Y轴振最大为115um；转速稳定至5335转/分钟时，2X轴振为46um，2Y轴振114um，2号瓦振实测48um。
3.4 由于割除了4片末级叶片，相应的破坏了原始末级叶片拉筋，减小了叶片强度，改变了叶片频率；同时对碰伤的其它叶片只是进行简单的抛光处理，造成动叶栅流道轻微改变，产生新的激振力。最终随着机组运行，6A小汽轮机振动逐渐增大，为保证6A小机轴振在要求范围内，不得不通过开启电泵维持机组高负荷运行。
4 原因分析
4.1 6A小机断裂的叶片进行分析，叶片根部是应力最大的部位，容易在此处形成应力集中，在应力集中作用下产生裂纹，成为疲劳源。伴随着叶片的过载、停机、加载启动、过载冲击等工作过程，从而造成叶片疲劳损伤断裂。
4.2 针对断裂的叶片，经专业锅炉压力容器检验中心检测后，对叶片断口进行了详细的分析，主要分为以下3部分。
（1）宏观检验
此次断裂的为6A给水泵汽轮机的末级叶片，从断口形貌分析，裂纹萌发于叶片最薄的边缘(出汽侧)，扩展一定距离后形成台阶，可见明显的贝纹线，呈疲劳断口的特征，随着断裂的扩展，贝纹线越来越清晰，裂纹扩展区占整个断口的约三分之二面积。断口部位未发现点蚀。断裂位置距离根部约10mm，且断裂叶片飞出去的残片撞击损坏了其他叶片。
（2）金相检测
针对叶片的截面和断口边缘取样进行金相检测，组织较均匀，没有明显的区别，组织为带马氏体针状特征的回火索氏体。同时对断口两侧区域进行金相检测，未发现脱碳氧化的现象，未见明显粗大晶粒，未出现过烧或过热情况，断口部位未发现点蚀。
因进口三菱转子，没有叶片材料的具体材料牌号, 无法进行相关的判断。从断口形貌分析，裂纹萌发于叶片最薄的边缘，扩展一定距离后形成台阶，可见明显的贝纹线，呈疲劳断口的特征，随着断裂的扩展贝纹线越来越清晰，裂纹扩展区占整个断口的约三分之二面积。断口部位未发现点蚀。对叶片截面和断口两侧区域进行金相检测，组织较均匀，没有明显的区别，组织为带马氏体针状特征的回火索氏体；对断口两侧区域金相检测，未发现脱碳氧化的现象，未见明显粗大晶粒，未出现过烧或过热情况，断口部位未发现点蚀。
（3）分析结论
按照叶片断裂的型式可分为，短期超载疲劳损坏、长期疲劳损坏、高温疲劳损坏、应力疲劳损坏、腐蚀疲劳损坏、解除疲劳损坏六种。叶片根部是应力最大的部位，容易在此处形成应力集中，是一个危险部位；叶片断口呈现明显的贝纹线特征，应为叶片工作过程中过载、停机、加载启动等留下的痕迹。综合以上，断裂原因是由于在叶片根部可能存在原始制造缺陷（送样的该部位已损坏），在应力集中作用下产生裂纹，成为疲劳源，伴随着叶片的过载、停机、加载启动、过载冲击等工作过程，初始裂纹沿横截面逐渐扩展，从而造成叶片疲劳断裂失效。
5 暴露问题
5.1 跳闸之前已出现高负荷时振动增大，没有引起足够重视，曾多次对末级叶片进行检查，仅进行了外观检查，检查不彻底。
5.2 与设备厂家沟通不及时，同品牌进口转子汽轮机在其它电厂已经发生断叶片事故，没能及时进行检查或改造。
5.3 给水泵小机虽然每次都安排了小修，例如轴承、主汽门、排气装置等项目检查，由于小机一直运行状态较好，末级叶片未列入重点检测项目，大修周期过长未能及时监测，导致本次事故发生。
6 防范措施
6.1 加强6A汽泵小汽轮机组的运行参数监视和技术监控管理，特别是小机重点部位的巡检、测振，发现异常及时进行分析和处理。
6.2 举一反三利用停机机会对其它小汽轮机进行全面检查、探伤，做好设备基础台账记录。
6.3 机组停机时，注意观察汽轮机相同工况条件下的惰走时间并记录下来，惰走时间缩短就有可能是转动部件和静止部件的不正常或径向和轴向间隙的不正常而引起的摩擦。
6.4利用临修时机，对小机转子和隔板已进行全面金属探伤，但末级少4级叶片，转子工况和受力发生变化，需根据实际运行情况控制运行参数，确保改造前设备安全可靠。
6.5 配合业主单位、测绘厂家对相同小汽轮机原进口三菱转子末级叶片进行测绘国产化改造，更换小汽轮机全部末级叶片，重做高速动平衡。
7 结论
汽轮机叶片断裂的原因每次不尽相同，但都有其共性特点，所以对叶片断裂造成的危害事故的研究分析一直受到电力行业特别重视。特别是转子叶片的疲劳断裂，由于转子叶片的工作条件恶劣，末级叶片汽蚀，受力情况复杂，断裂事故时常发生且后果较严重，这就要求运维人员在汽轮机运行、检修过程中针对事故隐患，要举一反三排查问题根源，运用合理的推理诊断，对检修和运行过程中的数据进行详细分析判断，坚持应修必修，修必修好的原则，做好叶片、围带、拉筋的设备基础台账记录，避免类似事故的发生。
参考文献
[1]施维新，汽轮发电机组振动与事故.
[2]谢诞梅，汽轮机设备及系统.
[3]施维新 石静波，汽轮发电机组振动及事故.
论文作者:王栓
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/14
标签：叶片论文; 断口论文; 汽轮机论文; 转子论文; 机组论文; 疲劳论文; 金相论文; 《电力设备》2018年第5期论文;