事故原因分析叶片发生了疲劳断裂。宏观检查断口证实了事故中12、13级部分叶片发生了疲劳,断裂系高周应力疲劳所致,属于切向振动引起的疲劳。发生疲劳断裂的叶片有着明显的贝纹线,断面颗粒呈瓷状特征,断口中疲劳裂纹扩展区的面积占据绝对优势,说明裂纹发展速度较慢,断口已被氧化说明在本次事故之前,叶片裂纹已存在相当长的时间。
疲劳源于叶片出汽侧靠近根部位置处。汽轮机叶片运行时间长达数十年,汽蚀造成叶片出汽边损坏,金属脱落、缺损,破坏了叶片的流线形状,削弱了靠近根部处的抗弯强度,并在局部形成了形状突变的缺口,在尖锐的缺口底部造成应力集中。叶片表面应力分布发生改变,而且根部抗弯能力下降,很容易形成裂纹源,裂纹向进汽边扩展至一定程度便引起叶片瞬间断裂。
说明叶片固有频率是符合运行要求的,但由于汽蚀严重导致叶片出汽侧金属缺损,形状和质量发生改变,固有频率也随之发生了变化,容易导致叶片频率不合格,引起共振疲劳。综上所述,部分叶片出汽侧汽蚀严重,导致叶片抗弯强度下降、表面应力分布发生改变和固有频率变化,在出汽侧靠近根部位置处衍生裂纹,裂纹疲劳扩展最终导致叶片断裂。
更换汽蚀严重和损伤或变形严重的动、静叶片,确保各叶片完好。了解该设备在原使用单位的运行状况、事故记录,索取技术档案资料,以便在今后的运行中吸取经验教训。定期对叶片进行检查,尤其是发生明显汽蚀的叶片和拉金断裂的叶片,要重点检查出汽边背弧面靠根部位置处,也可由有经验的检测人员进行敲击辨音确定是否有裂纹,或对叶片进行探伤检测。对叶片的自振频率进行一次全面的测定,以便掌握运行后各级叶片自振频率的变化情况,可以为事故分析提供依据,为机组安全运行提供保障。