本发明属于火电汽轮机组发电及化工领域，具体涉及一种汽轮机动叶片故障原因综合分析方法。
背景技术：
汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸汽的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂的关键设备，也广泛地用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。汽轮机具有单机功率大、效率高、寿命长等优点。汽轮机动叶片在高温、高转速、高湿度和高速汽流绕流环境中工作，承担着把蒸汽热能转化为机械能的重要任务，是汽轮机核心部件之一。汽轮机动叶片应具有足够的强度和良好的振动特性，即避开共振区以保证叶片安全运行，应具有良好的空气动力特性，以达到较高的效率；合理的结构和良好的工艺性，便于制造和安装。
在运行条件下汽轮机动叶片既承受着巨大的离心力，又承受着蒸汽作用力、腐蚀介质腐蚀和固体颗粒或高速水滴冲蚀等，其所处的工况条件及环境极为复杂、恶劣，汽轮机动叶片常发生各种原因的叶片断裂或裂纹故障。汽轮机动叶片故障与很多因素有关，具体主要有叶片材料、装配工艺及运行条件等。
随着我国电站汽轮机大容量化，汽轮机动叶片的安全可靠性和保持其高效率愈显得尤为重要。近几年来，为解决日益严重的弃风(光、水)问题，提高新能源的消纳能力，提高火电机组的运行灵活性已是迫在眉睫的任务，使机组具备深度调峰能力，并进一步增加负荷响应速率，部分火电机组具备快速启停调峰能力。汽轮机运行工况严重偏离了设计工况，汽轮机动叶片更容易出现例如水蚀、断裂等各类故障问题，严重影响了电厂设备安全和经济效益，所以如何对汽轮机动叶片故障原因研究分析并制定相应措施至关重要，预防汽轮机动叶片事故的发生也是目前急需解决的问题。
现有汽轮机动叶片故障分析技术和方法，仅是对叶片断口及材料进行检验分析，或进行部分数值计算分析，而未对汽轮机动叶片故障原因进行详细而全面调查和分析，也未能给出汽轮机动叶片故障具体而清楚的原因，对机组今后的安全运行及避免类似故障再次发生不能有大的实际作用，机组系统后续运行存在较大的安全风险。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种汽轮机动叶片故障原因综合分析方法，能够为减少机组故障和保证机组安全长期运行提供关键的参考意见和建议，也对社会生产及安全稳定产生非常重要的影响作用。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
s1，对汽轮机动叶片故障现场进行现场勘查、故障部件取证及分析，评估汽轮机动叶片故障现场详细状况；
s2，收集汽轮机故障动叶片设计、制造、安装、运行、检修、检验、技改和试验分析的相关技术资料和数据；
s3，对汽轮机动叶片进行现场静频率测量和分析；
s4，对汽轮机故障动叶片断口进行金相组织叶片断口形貌宏观、扫描电镜分析及断口微区能谱，并对汽轮机故障动叶片材料进行理化检验及分析；
s5，对汽轮机故障动叶片及轮缘进行三维扫描测绘，根据测绘数据建立动叶片及轮缘的三维模型及动叶片与轮缘相对应的有限元数值模型；
s6，依据动叶片和轮缘三维数值模型、动叶片装配工艺、测试数据及运行特性，进行动叶片与轮缘的离心应力及叶片振动特性计算分析；
s7，结合s2得到的技术资料和数值，进行综合分析后，得到造成汽轮机动叶片故障的原因。
s1的具体方法如下：
s101，对汽轮机动叶片故障现场开展全面勘察，记录故障现场状况、故障部位、通流部件损失及故障取证情况；
s102，对汽轮机动叶片故障部件情况进行研判分析，确认动叶片故障原因分析工作范围及故障部件断口试样；
s103，依据汽轮机故障动叶片故障情况及过程描述，对汽轮机动叶片故障情况进行初步评估分析。
s2的具体方法如下：
s201，收集汽轮机故障动叶片设计、制造、安装、运行、检修、检验、技改和试验分析的相关技术资料及报告；
s202，对汽轮机组的负荷、转速、轴系监测及各处蒸汽参数的历史记录数据调取和分析，并查阅和备份机组水质检测档案；
s203，对机组运行人员进行汽轮机组运行情况调查和问询，调取机组运行记录并备份存档。
s3的具体方法如下：
s301，查阅汽轮机动叶片检验记录、出厂合格证明书及原始静频率测量数据；
s302，利用测试仪器系统对汽轮机动叶片进行现场静频率测量；
s303，对汽轮机动叶片静频率现场测量数据进行整理和分析评价。
s4的具体方法如下：
s401，对现场取样的动叶片故障部件进行试样加工和制样，并依次对制备的各种试样进行金相组织、形貌宏观、扫描电镜及断口微区能谱分析；
s402，对故障动叶片的材料进行化学成分分析和力学性能试验，依次为力学拉伸性能、冲击韧性及硬度；
s403，根据汽轮机故障动叶片断口及材料力学性能分析结果，对汽轮机动叶片故障断口性质及材料品质状况进行判断。
s5的具体方法如下：
s501，对汽轮机故障动叶片及轮缘进行三维扫描测绘，获得汽轮机故障动叶片及轮缘三维坐标数据；
s502，整理分析汽轮机故障动叶片及轮缘三维坐标数据后，建立汽轮机动叶片、轮缘的三维数值模型及叶轮系统的循环对称数值模型；
s503，依据汽轮机动叶片及轮缘的三维数值模型及叶轮系统的循环对称数值模型，利用有限元软件建立动叶片与轮缘相对应的及循环对称叶轮系统的有限元数值模型。
s6的具体方法如下：
s601，依据动叶片和轮缘三维数值模型、动叶片装配工艺、测试数据及运行特性的技术资料及条件，对汽轮机动叶片及轮缘的离心应力进行数值计算和分析评价；
s602，依据汽轮机动叶片装配工艺、测试数据及运行特性等技术资料及条件，对汽轮机动叶片和叶轮系统的静、动态振动特性进行数值计算；
s603，根据汽轮机动叶片设计数据、故障状况及数值计算结果的情况，评价对汽轮机动叶片运行及故障造成的影响程度及相关性。
s7的具体方法如下：
s701，整理分析现场勘察、静频率测量结果、故障断口性质、材料品质状况、离心应力及振动特性的相关数据和结果；
s702，根据上述相关的技术资料和数值结果，分别从制造设计、安装和运行方面综合分析造成汽轮机动叶片故障的原因。
s7中得到造成汽轮机动叶片故障的原因，之后提出相关改进建议。
与现有技术相比，本发明通过对汽轮机动叶片故障现场进行现场勘查、故障部件取证及分析，评估汽轮机动叶片故障现场详细状况，收集汽轮机故障动叶片设计、制造、安装、运行、检修、检验、技改、试验分析等相关的技术资料和数据，利用测试仪器系统对汽轮机动叶片进行现场静频率测量和分析，对汽轮机故障动叶片断口进行金相组织叶片断口形貌宏观、扫描电镜分析及断口微区能谱等，并对汽轮机故障动叶片材料进行理化检验及分析(叶片材料的化学成分和力学性能(拉伸性能、冲击韧性、硬度)测试)，对汽轮机故障动叶片及轮缘进行三维扫描测绘，根据测绘数据建立动叶片及轮缘的三维模型及动叶片与轮缘相对应的有限元数值模型，依据动叶片和轮缘三维数值模型、动叶片装配工艺、测试数据及运行特性，进行动叶片与轮缘的离心应力及叶片振动特性计算分析，综合而全面地分析造成汽轮机动叶片故障的各种原因。通过本发明分析并结合相关建议，可以清楚知道汽轮机动叶片详细的故障原因，并采取相应的技术措施和运行手段，使机组的安全性和可用性得到大幅的提高，保证了电厂运行安全，经济效益和社会效益明显。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
本发明包括以下步骤：
步骤101，对汽轮机动叶片故障现场开展全面勘察，记录故障现场状况、故障部位、通流部件损失及故障取证等情况；
步骤102，对汽轮机动叶片故障部件情况进行研判分析，确认动叶片故障原因分析工作范围及故障部件断口试样；
步骤103，依据汽轮机故障动叶片故障情况及过程描述，对汽轮机动叶片故障情况进行初步评估分析。
步骤201，收集汽轮机故障动叶片设计、制造、安装、运行、检修、检验、技改、试验分析等相关的技术资料及报告；
步骤202，对汽轮机组的负荷、转速、轴系监测及各处蒸汽参数等历史记录数据调取和分析，并查阅和备份机组水质检测档案；
步骤203，对机组运行人员进行汽轮机组运行情况调查和问询，调取机组运行记录并备份存档。
步骤301，查阅汽轮机动叶片检验记录、出厂合格证明书及原始静频率测量数据；
步骤302，利用测试仪器系统对汽轮机动叶片进行现场静频率测量；
步骤303，对汽轮机动叶片静频率现场测量数据进行整理和分析评价。
步骤401，对现场取样的动叶片故障部件进行试样加工和制样，并依次对制备的各种试样进行金相组织、形貌宏观、扫描电镜及断口微区能谱分析；
步骤402，对故障动叶片的材料进行化学成分分析和力学性能试验，依次为力学拉伸性能、冲击韧性及硬度等；
步骤403，根据汽轮机故障动叶片断口及材料力学性能分析结果，对汽轮机动叶片故障断口性质及材料品质状况进行判断。
步骤501，对汽轮机故障动叶片及轮缘进行三维扫描测绘，获得汽轮机故障动叶片及轮缘三维坐标数据；
步骤502，整理分析汽轮机故障动叶片及轮缘三维坐标数据后，建立汽轮机动叶片、轮缘的三维数值模型及叶轮系统的循环对称数值模型；
步骤503，依据汽轮机动叶片及轮缘的三维数值模型及叶轮系统的循环对称数值模型，利用有限元软件建立动叶片与轮缘相对应的及循环对称叶轮系统的有限元数值模型。
步骤601，依据动叶片和轮缘三维数值模型、动叶片装配工艺、测试数据及运行特性等技术资料及条件，对汽轮机动叶片及轮缘的离心应力进行数值计算和分析评价；
步骤602，依据汽轮机动叶片装配工艺、测试数据及运行特性等技术资料及条件，对汽轮机动叶片和叶轮系统的静、动态振动特性进行数值计算；
步骤603，根据汽轮机动叶片设计数据、故障状况及数值计算结果等情况，评价对汽轮机动叶片运行及故障造成的影响程度及相关性。
步骤701，整理分析现场勘察、静频率测量结果、故障断口性质、材料品质状况、离心应力及振动特性等相关数据和结果；
步骤702，根据上述相关的技术资料和数值结果，分别从制造设计、安装、运行等方面综合分析造成汽轮机动叶片故障的各种原因，并提出相关改进建议。
本发明通过对汽轮机动叶片故障现场进行现场勘查，技术资料和数据收集，静频率测量和分析，断口和材料进行理化检验及分析，离心应力和叶轮系统振动特性计算分析，综合而全面地分析汽轮机动叶片故障的详细原因，能够很好地解决了汽轮机动叶片存在的问题，并结合技术措施和改进建议，彻底消除机组系统安全隐患，机组的安全性和可用性得到大幅的提高，有力保证了电厂和电网长期安全运行。