汽輪機轉子裂紋原因分析及運行安全措施

1、汽輪機轉子裂紋原因分析及運行安全措施 1裂紋情況 河北省南部電網(wǎng)某廠#2機為上海產(chǎn)單缸沖動凝汽式汽輪機，1972年6月投產(chǎn)，容量50 MW，型號為N5090，運行至1986年，更換了汽輪機轉子。2021年10月，在該機組大修的過程中，汽輪機轉子調(diào)速級及汽封處發(fā)現(xiàn)裂紋，見圖1。經(jīng)河北省電力研究院鍋檢中心對該處裂紋進行深度測量，結果為：A處裂紋深度13.6 mm，B處4.4mm，C處3.5 mm。2原因分析該缺陷嚴重了影響機組的安全運行，排除制造因素，轉子出現(xiàn)裂紋主要是由于交變熱應力引起的金屬疲勞損傷超出了材料的屈服極限而造成的，原因分析如下。a. 隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，該廠在20世紀90年代初

2、成為河北省南部電網(wǎng)的主要調(diào)峰廠之一，機組啟/停次數(shù)增加，造成低周熱疲勞率增加，機組在多次交變應力作用下，引起金屬材料內(nèi)部微觀缺陷的發(fā)展，從而造成金屬熱疲勞，引發(fā)金屬裂紋。b. 機組啟動過程中暖機時間短，熱應力大。該機組啟動時存在負差脹過大的缺陷，為控制差脹，保證機組的正常順利啟動，從沖車到機組接帶初始負荷的時間比較短，蒸汽流量快速增大，加劇金屬溫升，造成汽輪機轉子尤其是高調(diào)門部位和高壓側軸封處熱應力較大；另外，根據(jù)調(diào)度的預計負荷安排，從并網(wǎng)到帶滿負荷，暖機時間明顯不足，這些都會加大轉子的熱應力。c. 冷機的鄰機啟動對轉子的損壞程度尤其大，在用額定參數(shù)的蒸汽沖車時，蒸汽會在金屬表面進行劇烈的凝結

3、放熱，使汽缸和轉子外表溫度急劇上升，尤其是轉子加熱面積大，升溫更快，轉子表面所受的熱壓應力就更大，當熱壓應力超過金屬材料的屈服極限后，就會在該處產(chǎn)生局部塑性變形。隨著轉子的不斷加熱，其承受的熱應力減小，但塑性變形不會隨著轉子熱應力的減小而自行恢復，它在周圍彈性區(qū)的影響下會出現(xiàn)殘余拉伸應力，在高溫條件下，該殘余應力隨時間增加而減小，即金屬松弛現(xiàn)象，尤其在軸徑最大的前汽封和調(diào)節(jié)級處，這種金屬變形現(xiàn)象更明顯。若鄰機啟動次數(shù)增加，其損壞程度更加嚴重，這樣轉子表面很快就會產(chǎn)生疲勞裂紋。d. 機組超速試驗使轉子裂紋加劇。在做超速試驗過程中，轉子離心力加大，停下來后產(chǎn)生泊桑效應，每多做一次超速試驗對機組轉子的危害就會加大一次。e. 機組消缺時，需將汽缸溫度降到很低，強制冷卻汽輪機，使汽輪機帶很少的負荷， 到汽輪機的最后幾級，甚至變成了鼓風機，因機組鼓風損失產(chǎn)生的熱量帶不走，溫度很高，而蒸汽處于低溫、低壓狀態(tài)，使機組產(chǎn)生很大的熱變形，也會使轉子產(chǎn)生裂紋。f. 在1999年10月大修前，該機一直存在著機組振動大的缺陷，大修檢查發(fā)現(xiàn)轉子第17級斷裂5片，第19級斷裂3片，掉葉片會引起轉子運行失去平衡，長期運行造成金屬疲勞損傷，引發(fā)轉子裂紋。g. 在機組找振動加平衡塊過程中，機組轉子處于靜止狀態(tài)，機組需要保持真空，仍然需要送汽