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[摘要]：文章叙述了C6-3.43/0.98型汽轮机转子叶片断裂（裂纹）发生的情况及处理过程，简要分析了缺陷产生原因，并提出了今后安全运行的措施。
[关键词]：汽轮机叶片 裂纹 原因分析 防范措施
C6-3.43/0. 98型汽轮机转子材料为30Cr2MoV钢，汽轮机转子与调节级及1～8级叶轮整锻，9～15级叶轮为套装结构。有关统计表明自20世纪起，国内外汽轮机、发电机转子断裂恶性事故带来很严重好的后果，例如：如新疆红雁池发电厂的5～8号机（50MW），江西分宜发电厂6号机（100MW），广东韶关电厂6号机（50MW），肥矿集团杨庄电厂2#机（12 MW）等。
1、 原因分析
转子是汽轮机组最重要的部件之一，其工作状态比较复杂，在高温、高转速情况下，既承担着巨大的离心应力及传递功率所产生的扭转应力，又承担着巨大的热应力，在起停过程中还产生弯曲、振动等。因此，对转子的结构及材料性能的要求特别苛刻。
1）机械应力和热应力因素
由于机组启停过程中的机械应力和热应力会导致应力集中，产生疲劳损伤，机组在多次交变应力作用下造成金属热疲劳，引发金属裂纹。
热应力主要是由于转子各部分温度不均匀，各部分材料之间膨胀或收缩互相限制而引起的。如果蒸汽与转子的温差达到150℃，即使平滑的转子表面，其热应力也将达到材料屈服极限的数值，很快就会产生疲劳裂纹。
2）第3级抽汽、门杆漏汽的影响
由于本台机3抽汽出力不足，门杆漏汽无处“走”而部分排向后两级叶片，造成蒸汽对金属进行剧烈的凝结放热，使转子外表温度急剧上升，热冲击较大，造成后两级叶片热疲劳，热应力最大的部位是叶片和轴封处，再加上后几级蒸汽湿度大，叶片表面及根部可能会产生疲劳裂纹。
现场第一腔室漏汽至三抽管路上的阀门是在关闭状态，“轴封及门杆漏汽”无处可去；只有主汽门、高调门的门杆漏汽（0.3 t/h）可至三抽（实际因三抽不投用，这部分汽量也无处可去）。因此，实际“前封第一腔室漏汽G1及门杆漏汽”是无出路的，漏汽量为零。在此过程中，三档泄汽的温度比二档泄汽的温度高得多，蒸气湿度偏大，使转子高压轴封处产生热冲击，造成热疲劳，加速转子裂纹的产生。
3）汽封蒸汽温度与转子温度不匹配的影响
热态启动时，应先用高温蒸汽送汽封后抽真空，所用蒸汽可使用三段抽汽，也可根据汽缸温度用邻机三段抽汽，但如果没有明确汽缸在什么温度下，汽封用什么汽源，完全依靠运行人员经验，极可能出现运行人员对汽封汽源认识上的偏差，导致汽封送汽温度与转子温度不相匹配，汽源温度低于转子温度，对前、后汽封造成突然冷却。
本台机汽封送汽温度比3#机低35℃左右，起机时相差80多度；因“燃油雾化气源”问题出现过两次运行中“掉真空”现象，蒸汽与空气交叉的短瞬间汽封管内疏水无法排走及压缩空气的影响，使存水或冷空气排至前、后汽封，温度远低于当时的转子叶片温度，对转子、汽封造成突然冷却，产生较大的热应力。
4）启停时喉部喷淋的影响
本台机的喉部喷淋管的开孔方向角太大（本次已改喷射角），在起停时喉部喷淋电磁阀动作喷淋至末级叶片（由于转子的鼓风作用，所产生的热量不能及时被蒸汽带走，后汽缸温度高于65℃时自动喷水），温度远低于当时的转子叶片温度，对叶片造成突然冷却及水冲击，产生较大的热应力。
5）热变形及蠕变影响
热变形也是一个应当注意的问题。在汽轮机启动、停机或汽缸疏水不畅时可能出现这种情况。热变形将会引起转子的弯曲，而发生弯曲的转子投入运行是很危险的。因此，必须对转子的弯曲度加以检测，严格限制弯曲度，在转子轴端外缘的晃度应不大于30μm。
蠕变现象是高温区段的材料在离心应力的作用下，缓慢地发生塑性变形的现象，严重的蠕变损伤将导致材料的断裂。对于经历长期运行的汽轮机转子，应当检查叶轮外径的增大是否在允许的范围内。
冷机启动用邻机汽源启动对转子的损坏程度尤其大，当热压应力超过金属材料的屈服极限后，就会在该处产生局部塑性变形。随着转子的不断加热会出现金属松弛现象，尤其在轴径最大的前汽封和调节级处，这种金属变形现象更明显。若邻机启动次数增加，其损坏程度更加严重，造成转子表面很快产生疲劳裂纹。 机组消缺时，需将汽缸温度降到很低，强制冷却汽轮机，使汽轮机带很少的负荷， 到汽轮机的最后几级，甚至变成了鼓风机，因机组鼓风损失产生的热量带不走，温度很高，而蒸汽处于低温、低压状态，使机组产生很大的热变形，也会使转子叶片产生裂纹。
2、处理措施及建议
对于汽轮机转子，为保证能够在今后的运行中安全稳定，特提出以下建议：
1）本着减少转子热冲击的原则，尽量减缓机组启停过程中的速率和温度变化率，加强运行操作过程的检查；冲转前要严格控制汽温、汽压参数，主汽温度必须比调节级室金属最高温度高50～100 ℃，并且过热度不低于80 ℃。在冲转时，适当延长冲转时间，机组带负荷、增减负荷的速率减慢，减小扭力的交变速率。
2）尽量避免定参数启动方式。
3）在机组启动之前要按规定检查各个疏水门的状态，防止上、下缸温差过大。汽封疏水管要充分疏水，汽封汽源要與汽缸温度匹配，汽缸温度低于150 ℃时，使用汽平衡来汽作汽封汽源；汽缸温度高于150 ℃时，使用3#机三段抽汽作汽封汽源。
4）停机后要严密监视汽缸温度，防止冷水、冷气进入汽缸。
5）机组冷态启动尽量避免使用3#机汽源启动。
6）明年对机组大修时，检查出现裂纹的部位，包括转子轴的轴肩圆弧过渡处、前轴封轴肩槽底部过渡圆角以及调节级后第一、二压力级部位是否有裂纹。
7）对不合理的系统进行改造，使6级抽汽工作正常，加粗汽封进汽疏水管管径。
8）狠抓检修质量，延长生产周期，减少因主机、辅机设备缺陷造成的停机次数。
结束语
发现转子叶片有裂纹或断裂的机组，在启/停过程中应放慢启动速度，延长启停时间，尽量减小热应力，以保证机组的安全。同时建立、健全机组的寿命管理体系，加强设备可靠性管理，这是保证设备安全之本。
参考文献：
1.盛伟，肖增弘等，电厂热力设备及运行[M]，中国电力出版社，2007
作者简介：姜保利 ，男，1969年11月出生，工程师，1991年毕业于上海电力学院。研究方向：发电厂汽机运行及检修技术。
单位地址：山东梁山县杨营镇肥城款矿业集团公司杨营煤矿机电科
[关键词]：汽轮机叶片 裂纹 原因分析 防范措施
C6-3.43/0. 98型汽轮机转子材料为30Cr2MoV钢，汽轮机转子与调节级及1～8级叶轮整锻，9～15级叶轮为套装结构。有关统计表明自20世纪起，国内外汽轮机、发电机转子断裂恶性事故带来很严重好的后果，例如：如新疆红雁池发电厂的5～8号机（50MW），江西分宜发电厂6号机（100MW），广东韶关电厂6号机（50MW），肥矿集团杨庄电厂2#机（12 MW）等。
1、 原因分析
转子是汽轮机组最重要的部件之一，其工作状态比较复杂，在高温、高转速情况下，既承担着巨大的离心应力及传递功率所产生的扭转应力，又承担着巨大的热应力，在起停过程中还产生弯曲、振动等。因此，对转子的结构及材料性能的要求特别苛刻。
1）机械应力和热应力因素
由于机组启停过程中的机械应力和热应力会导致应力集中，产生疲劳损伤，机组在多次交变应力作用下造成金属热疲劳，引发金属裂纹。
热应力主要是由于转子各部分温度不均匀，各部分材料之间膨胀或收缩互相限制而引起的。如果蒸汽与转子的温差达到150℃，即使平滑的转子表面，其热应力也将达到材料屈服极限的数值，很快就会产生疲劳裂纹。
2）第3级抽汽、门杆漏汽的影响
由于本台机3抽汽出力不足，门杆漏汽无处“走”而部分排向后两级叶片，造成蒸汽对金属进行剧烈的凝结放热，使转子外表温度急剧上升，热冲击较大，造成后两级叶片热疲劳，热应力最大的部位是叶片和轴封处，再加上后几级蒸汽湿度大，叶片表面及根部可能会产生疲劳裂纹。
现场第一腔室漏汽至三抽管路上的阀门是在关闭状态，“轴封及门杆漏汽”无处可去；只有主汽门、高调门的门杆漏汽（0.3 t/h）可至三抽（实际因三抽不投用，这部分汽量也无处可去）。因此，实际“前封第一腔室漏汽G1及门杆漏汽”是无出路的，漏汽量为零。在此过程中，三档泄汽的温度比二档泄汽的温度高得多，蒸气湿度偏大，使转子高压轴封处产生热冲击，造成热疲劳，加速转子裂纹的产生。
3）汽封蒸汽温度与转子温度不匹配的影响
热态启动时，应先用高温蒸汽送汽封后抽真空，所用蒸汽可使用三段抽汽，也可根据汽缸温度用邻机三段抽汽，但如果没有明确汽缸在什么温度下，汽封用什么汽源，完全依靠运行人员经验，极可能出现运行人员对汽封汽源认识上的偏差，导致汽封送汽温度与转子温度不相匹配，汽源温度低于转子温度，对前、后汽封造成突然冷却。
本台机汽封送汽温度比3#机低35℃左右，起机时相差80多度；因“燃油雾化气源”问题出现过两次运行中“掉真空”现象，蒸汽与空气交叉的短瞬间汽封管内疏水无法排走及压缩空气的影响，使存水或冷空气排至前、后汽封，温度远低于当时的转子叶片温度，对转子、汽封造成突然冷却，产生较大的热应力。
4）启停时喉部喷淋的影响
本台机的喉部喷淋管的开孔方向角太大（本次已改喷射角），在起停时喉部喷淋电磁阀动作喷淋至末级叶片（由于转子的鼓风作用，所产生的热量不能及时被蒸汽带走，后汽缸温度高于65℃时自动喷水），温度远低于当时的转子叶片温度，对叶片造成突然冷却及水冲击，产生较大的热应力。
5）热变形及蠕变影响
热变形也是一个应当注意的问题。在汽轮机启动、停机或汽缸疏水不畅时可能出现这种情况。热变形将会引起转子的弯曲，而发生弯曲的转子投入运行是很危险的。因此，必须对转子的弯曲度加以检测，严格限制弯曲度，在转子轴端外缘的晃度应不大于30μm。
蠕变现象是高温区段的材料在离心应力的作用下，缓慢地发生塑性变形的现象，严重的蠕变损伤将导致材料的断裂。对于经历长期运行的汽轮机转子，应当检查叶轮外径的增大是否在允许的范围内。
冷机启动用邻机汽源启动对转子的损坏程度尤其大，当热压应力超过金属材料的屈服极限后，就会在该处产生局部塑性变形。随着转子的不断加热会出现金属松弛现象，尤其在轴径最大的前汽封和调节级处，这种金属变形现象更明显。若邻机启动次数增加，其损坏程度更加严重，造成转子表面很快产生疲劳裂纹。 机组消缺时，需将汽缸温度降到很低，强制冷却汽轮机，使汽轮机带很少的负荷， 到汽轮机的最后几级，甚至变成了鼓风机，因机组鼓风损失产生的热量带不走，温度很高，而蒸汽处于低温、低压状态，使机组产生很大的热变形，也会使转子叶片产生裂纹。
2、处理措施及建议
对于汽轮机转子，为保证能够在今后的运行中安全稳定，特提出以下建议：
1）本着减少转子热冲击的原则，尽量减缓机组启停过程中的速率和温度变化率，加强运行操作过程的检查；冲转前要严格控制汽温、汽压参数，主汽温度必须比调节级室金属最高温度高50～100 ℃，并且过热度不低于80 ℃。在冲转时，适当延长冲转时间，机组带负荷、增减负荷的速率减慢，减小扭力的交变速率。
2）尽量避免定参数启动方式。
3）在机组启动之前要按规定检查各个疏水门的状态，防止上、下缸温差过大。汽封疏水管要充分疏水，汽封汽源要與汽缸温度匹配，汽缸温度低于150 ℃时，使用汽平衡来汽作汽封汽源；汽缸温度高于150 ℃时，使用3#机三段抽汽作汽封汽源。
4）停机后要严密监视汽缸温度，防止冷水、冷气进入汽缸。
5）机组冷态启动尽量避免使用3#机汽源启动。
6）明年对机组大修时，检查出现裂纹的部位，包括转子轴的轴肩圆弧过渡处、前轴封轴肩槽底部过渡圆角以及调节级后第一、二压力级部位是否有裂纹。
7）对不合理的系统进行改造，使6级抽汽工作正常，加粗汽封进汽疏水管管径。
8）狠抓检修质量，延长生产周期，减少因主机、辅机设备缺陷造成的停机次数。
结束语
发现转子叶片有裂纹或断裂的机组，在启/停过程中应放慢启动速度，延长启停时间，尽量减小热应力，以保证机组的安全。同时建立、健全机组的寿命管理体系，加强设备可靠性管理，这是保证设备安全之本。
参考文献：
1.盛伟，肖增弘等，电厂热力设备及运行[M]，中国电力出版社，2007
作者简介：姜保利 ，男，1969年11月出生，工程师，1991年毕业于上海电力学院。研究方向：发电厂汽机运行及检修技术。
单位地址：山东梁山县杨营镇肥城款矿业集团公司杨营煤矿机电科