高速汽轮机叶片故障诊断及改进措施
孙 克 栋 ，翁 刚
(中国石油辽阳石油化纤公司，辽宁辽阳111003)
摘 要 : 通过对裂解气压缩机驱动汽轮机的振动特性计算分析，阐明了该汽轮机第4级叶轮叶片断裂的原因是由于结构不合理，使叶片在运转的过程中长期处于残型共振状态，造成叶片疲劳断裂，并提出了改进措施。
关键 词 :汽轮机;Bo型共振;叶片断裂;振动特性计算分析
中图 分 类 号:TE969 文献标识码:B 文章编号:1006-8805(2003)01-0030-02
1 问题的提出
裂解 气 压 缩机组是辽阳石油化纤公司裂解装置的心脏设备，它的驱动汽轮机是由法国WORTHINGTON公司设计制造的。设计功率为5480kW，工作转速为9820r/min，最大转速为10311r/min，转子上共装有5级叶轮。1988年以来，该汽轮机在运行中多次发生振动值突然增大，第4级叶片断裂的事故。分析叶片断裂面，80%的面积呈疲劳断裂状，其余的是被拉断的。
本文 从 叶 片振动分析的角度，对汽轮机故障产生的原因进行分析，并提出了改进措施。
2 叶片振动特性的计算分析
由于 受 高 频扰动力的影响，汽轮机叶片自振频率较高。作用在叶片上的高频扰动力，主要由叶片相对于喷嘴或静叶的位置决定，扰动力的频率与汽轮机转数和静叶的数目有关，即:
f = Z, n
式中:f=— 高频扰动力频率，Hz;
Zc— 静 叶 只 数;
n— 转 数 ， r/mina
由汽 轮 机 叶片的振型分析可知，对叶片安全影响大的振动是Ao,B o型振动，所以叶片的振动分析主要是对Ao,A 1,B o型振动的分析。
2.1 固有频率计算
(1) 等 截 面单只叶片裂 解气 压 缩机转子第1-4级为等截面叶片，单只等截面叶片的Ao,A1,B。在扰动力的作用下三种类型振动的共振频率的计算公式如下:
式中:fAo— A。 型 共振频率，Hz;
介、 — A i型共振频率，Hz;
入 — Bo 型共振频率，Hz;
I— 叶 片 高 度 ，M M;
E— 叶 片 材 料 的 弹性模量，N/m';
I— 叶 片 截 面 惯 性矩，m';
P— 材 料 密 度 ，kg/m3;
F— 叶 片 横 截 面 面积，MmZo
由以 上 三 个公式分析可知，对同一只等截面叶片来说Ao,Bo,Al型的振动频率在数值上有固定的比例关系，它们的比值是:
fAo ’瓶 ’f A, =1 ， 4.39 ，6.3
(2) 等 截 面叶片组
对 于等 截 面叶片组，只需在单只叶片Ao型振动频率前乘以相应的成组系数即可得到叶片组的共振频率:
fl,= ， 5f A
式 中 :几 — 成组叶片的共振频率，Hz;
'p, — 成 组 系 数 。
2.2 振动特性计算
由此 可 见 ，单只叶片Aa型振动的共振频率是基本频率，其它类型的共振频率可由此求出，工程上常用Z。二/介。的比值作为叶片振动特性的判据。
根 据 叶 片截面的几何特性参数，应用上述公

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4 叶片调频改进措施
为 了避 免 叶片在运行中发生共振或抑制叶片振动，一般有下列三种调频方法:
a)改 变 叶 片的自振频率:要改变叶片的自振频率，需重新进行叶型设计，增加叶片的固有频率值，使其自振频率避开B。型振动，但因转子也需改造，故不宜采用此方案;
b)加 阻 尼 拉筋抑制叶片的振动:采用加拉筋的方法虽可消除Bo型振动，但加拉筋后将造成流道中的汽流扰动，会使级效率下降;
c)改 变 扰 动力的频率:是有效的调频办法。
由式f,=Z,n可见，改变静叶只数2。，可使振动特性值避开Bo型振动频率。
高 频 共 振的安全率计算公式为: