汽輪機低壓轉(zhuǎn)子的失效葉片的材料性能調(diào)查

張鵬程

摘 要：某火力發(fā)電廠的汽輪機組的1#低壓轉(zhuǎn)子部分，第四級葉片發(fā)生了斷裂。為了查明葉片斷裂的原因，分別選取斷裂葉片、有裂紋葉片和無裂紋葉片進行了外觀檢查、化學成分分析、力學性能分析，并對材料的微觀結(jié)構(gòu)進行了顯微鏡照相和X射線能譜分析。經(jīng)過縝密的分析和推論，發(fā)現(xiàn)這次事故的主要原因是葉片的鍛造質(zhì)量不佳，回火溫度較低，使得葉片的耐腐蝕能力下降明顯。在循環(huán)交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下導致葉片裂紋擴展直到斷裂。

關(guān)鍵詞：汽輪機；轉(zhuǎn)子；葉片；材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.068

0 引言

哈爾濱某火電廠的2# 機組在運轉(zhuǎn)過程中振動突然增大，打開機組外殼檢查發(fā)現(xiàn)1#低壓轉(zhuǎn)子第四級葉片發(fā)生斷裂1片、發(fā)生開裂8片，機側(cè)次末級葉片開裂2片；低壓轉(zhuǎn)子第四級葉片斷裂2片、開裂10片。這套機組是360 MW亞臨界燃煤發(fā)電機組，其中的汽輪機低壓缸內(nèi)部的轉(zhuǎn)子葉片是由2Cr13馬氏體不銹鋼制備，可在200℃下使用。葉輪的理論轉(zhuǎn)速3000 r/min， 改機組累計運行了65000 h。汽輪機的葉片是機組內(nèi)部最重要的運動部件之一，對安全生產(chǎn)極為重要，為了延長機組的壽命，作者所在班組對葉片的斷裂原因進行了調(diào)查。

1 葉片材料分析

1.1 外觀檢查

分別選取第四級斷裂葉片1片（-1#）、開裂葉片3片（分別是-3#、-66#、-72#），次末級開裂葉片1片（+17#）、無裂紋低壓第四級葉片11片（分別是-6#、-40#、-71#、-72#、-73#、-75#、-78#、-134#、-136#、-155#）進行實驗分析。經(jīng)過觀察，開裂葉片的裂紋處都出現(xiàn)在出汽邊；裂紋前段平直；葉片的根部都出現(xiàn)了60 mm左右范圍都有裂紋。從圖1的照片顯示，斷裂的葉片幾乎斷語近葉片的根部。裂紋的開始區(qū)位于發(fā)現(xiàn)在出汽邊，從出汽邊向進汽邊的方向延伸，斷口區(qū)斷面比較平整，沉積物多；中區(qū)能發(fā)現(xiàn)很多疲勞條紋，后區(qū)斷口起伏較大，斷區(qū)面積占葉片面積約有30%。

1.2 化學成分分析

為了分析葉片斷裂部分的化學成分，從低壓第四級-3#開裂葉片提取材料，進行了化學分析，主要元素指標如表1所示。

經(jīng)過國標對比可知，開裂葉片的碳元素處于國標范圍的中間數(shù)值范圍以外，其余的元素濃度都小于標準數(shù)值。

1.3 力學性能分析

為了進一步確定材料的力學性能，分別選取三片開裂葉片和三片未開裂的葉片，取樣后進行力學性能分析實驗。利用液壓伺服試驗機進行上，按照國標GB/T 228-2002《金屬材料室溫拉伸實驗方法》進行室溫拉伸實驗，并參照GB/T 231.1-2002 《金屬布氏硬度實驗》進行硬度實驗。實驗結(jié)果如表2所示。

由表2 的數(shù)據(jù)可知，從了-155#樣品以外，其余的樣品的抗拉強度都偏高，并且開裂的樣品明顯高于未開裂的樣品。

2 結(jié)論

（1）葉片鍛造質(zhì)量不佳是主要原因之一。回火溫度偏低導致葉片的抗拉強度、硬度數(shù)值偏高，耐腐蝕能力下降明顯。

（2）葉片出汽邊的腐蝕坑點位葉片的疲勞裂紋源，受到循環(huán)交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用是葉片裂紋擴大直到發(fā)生斷裂。

參考文獻：

[1]杭州工業(yè)汽輪機研究所.工業(yè)汽輪機文集[R].杭州：杭州汽輪機廠技術(shù)情報室，1987.