汽輪機葉片

葉片是汽輪機的關鍵零件，又是最精細、最重要的零件之一。它在極苛刻的條件下承受高温、高壓、巨大的離心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蝕和振動以及濕蒸汽區水滴沖蝕的共同作用。其空氣動力學性能、加工幾何形狀、表面粗糙度、安裝間隙及運行工況、結垢等因素均影響汽輪機的效率、出力；其結構設計、振動強度及運行方式則對機組的安全可靠性起決定性的影響。因此，全世界最著名的幾大製造集團無不堅持不懈地作出巨大努力，把最先進的科學技術成果應用於新型葉片的開發，不斷推出一代比一代性能更優越的新葉片，以捍衞他們在汽輪機制造領域的先進地位。

在1986～1997年間我國電力工業得到持續、高速發展，電站汽輪機正在實現高參數大容量化。據統計，到1997年底，包括火電、核電在內的汽輪機裝機容量已達到192 GW，其中火電250～300 MW機組128台，320.0～362.5 MW機組29台，500～660MW機組17台；200 MW及以下的機組也有很大發展，200～210MW機組188台，110～125 MW機組123台，100MW機組141台。核電汽輪機最大容量為900MW。

隨着我國電站汽輪機大容量化，葉片的安全可靠性和保持其高效率愈顯得重要。對於300 MW及600MW機組，每級葉片轉換的功率高達10MW乃至20 MW左右，即使葉片發生輕微的損傷，所引起的汽輪機和整台火電機組的熱經濟性和安全可靠性的降低也是不容忽視的。例如，由於結垢使高壓第1級噴嘴面積減少10%，機組的出力會減少3%，由於外來硬質異物打擊葉片損傷以及固體粒子侵蝕葉片損傷，視其嚴重程度都可能使級效率降低1%～3%;如果葉片發生斷裂，其後果是：輕的引起機組振動、通流部分動、靜摩擦，同時損失效率；嚴重的會引起強迫停機，有時為更換葉片或修理被損壞的轉子、靜子需要幾周到幾個月時間;在某些情況下由於葉片損壞沒有及時發現或及時處理，引起事故擴大至整台機組或由於末級葉片斷裂引起機組不平衡振動，可能導致整台機組毀壞，其經濟損失將以億計，這樣的例子，國內外並不罕見。

由多年積累的經驗證明，每當有一大批新型汽輪機投入運行以後或在電力供需不平衡出現汽輪機在偏離設計工況長期運行時，由於設計、製造、安裝、檢修以及運行不當等方面的原因引起的葉片故障損傷便會充分暴露出來。如上所述我國電站大型汽輪機裝機連續10 餘年迅速增加，開始出現某些地區的大機組長期帶低負荷運行的新情況，因此，很有必要及時調查研究、分析、總結葉片尤其是末級和調節級葉片發生的各種損傷及尋找規律，以期制定防範、改進措施，避免發生大的損失 ^[1]  。

汽輪機葉片受高温高壓蒸汽的作用，工作中承受着較大的彎矩，高速運轉中的動葉片還要承受很高的離心力；處於濕燕汽區的 葉片，特別是末級，要經受電化學腐蝕及水滴沖蝕動葉片還要承受很複雜的激振力。因此，葉片用鋼應滿足以下要求：

1.有足夠的室温、高温力學性能和抗蠕變性能；

2.有高的抗振動衰減能力；

3.高的組織穩定性；

4.良好的耐腐蝕和抗沖蝕能力；

5.良好的工藝性能。

通過對10餘個電廠葉片運行狀況的調研及收集有關葉片運行資料，分析了上海汽輪機有限公司、哈爾濱汽輪機有限責任公司、東方汽輪機廠(簡稱上汽、哈汽、東汽) 等國產以及從美國、日本、前蘇聯和歐洲一些國家引進的300 MW 以上亞臨界及超臨界壓力大功率汽輪機部分葉片故障。這些機組低壓級葉片在實際運行過程中，由於種種原因在葉片、葉根、拉筋、圍帶及司太立合金片等部位經常發生故障，末級葉片的水沖蝕損傷相當普遍。這些故障基本上全面反映了我國大功率汽輪機葉片的現狀 ^[2]  。

末級葉片型線下部出汽邊的水沖蝕損傷是200MW、300 MW及600MW以上等大型汽輪機的共同問題。以往665、680、700mm葉片的出汽邊都有明顯的水沖蝕，而如今869、900、1000mm葉片以及進口機組的660、851mm等葉片出汽邊也程度不同地出現水沖蝕損傷，末級葉片出汽邊的水沖蝕損傷已成為影響大機組安全運行的普遍問題，應給予高度重視。

出汽邊水沖蝕所造成的後果不僅使葉柵的氣動性能惡化，級效率降低，更嚴重的是對汽輪機的安全運行造成威脅。水沖蝕形成的鋸齒狀毛刺造成應力集中以及減小葉型根部截面的面積，還會影響到葉片的振動特性，大大地削弱葉片的強度，這就增加了末級葉片斷裂的危險性。

本項研究比較全面地反映了電力工業大型汽輪機葉片的安全狀況，包括末級、次末級及其它一些葉片如調節級葉片和低壓級葉片發生的大事故和一些頻發性事故葉片及其防範和對策。所述葉片故障的原因大多數是由設計欠周到或製造質量問題引起的，而隨着裝機迅速擴大，由於安裝、調試和運行方面引起的葉片損傷應高度重視 ^[3]  。