工业技术 Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌ啄ｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏ ｄｕｃｔｓ翻囵团翟 豳●嵋— ■山■ ■ 誓Ｉ■—幽 汽轮机零部件常见事故分析 车晓东 郑文辉 （华能北方联合电力有限责任公司海勃湾发电厂，内蒙古乌海０１６０００） 摘要：汽轮机是电厂的主要设备，汽轮机是否安全运行是保证电厂安全的基础，下面就汽轮机的主要部件常见的事故加以分析论述。 关键词：汽轮机；事故 １汽轮机叶片事故分析 汽轮机叶片的损坏形式主要是疲劳断裂。 由于叶片工作条件恶劣，受力情况复杂，断裂事 蚀主要发生在２Ｃｒ１３钢制造的末级叶片上。其 应力作用下产生裂纹；断口形貌呈颗粒状，微观形态是沿界裂纹，断面 ２．２３材质不良，存在严重冶金缺陷而导致 裂纹产生； 上有滑移台阶，并有细小Ｊ窗蚀坑。 故较常发生，且后果又较严重，所以对叶片断裂 事故的分析研究一直受到特别重视。按照叶片 断裂的性质，可以分为短期超载疲劳损坏、长期 疲劳损坏、高温疲劳损坏、应力疲劳损坏、腐蚀 疲劳损坏、接触疲劳损坏等六钟。 Ｉ．Ｉ长期超载疲劳损坏 这种损坏是指叶片受到外加较大应力或受 到较大激振力，而振动次数低于１０７次就发生 断裂的机械疲劳损坏。如叶片受到水击而承受 较大的应力，或因转子不平引起振动及安装不 良存在周期力等较大的低频激振力，当这些力 引起叶片共振时，叶片会很快断裂。 叶片短期超载疲劳损坏的宏观特征为：断 面粗糙，疲劳前沿线（即贝壳纹）不明显，断面上 疲劳区面积小于最终静撕断区面积；经受水击 而损坏的叶片的断面呈”人哼 纹络特征。 防止短期超载疲劳损坏的主要方法是：防 止水击，作好消除低频共振的调频及在正常周 波下运行。 １．２长期疲劳损坏 长期疲劳损坏是指叶片运行中承受低于疲 劳强度极限而应力循环次数又远高于１０７次发 生的一种机械疲劳损坏。 造成长期疲劳损坏的原因有：叶片或叶片 组在高频激振力作用下引起的共振损坏；叶片 表面缺陷处出现局部应力集中而发生的疲劳损 坏；低频率运行、超负荷运行使某些级的叶片应 力升高导致提早损坏ｇ４＿￣。长期疲劳损坏在电 ４厂叶片断裂事故中最为常见。 防止长期疲劳损坏的办法是：按规定避开 高频激振力共振范围，提高叶片加工质量和改 善运行条件。如防止低周波、超负荷运行，防止 腐蚀和水击等。 １＿３高温疲劳损坏 高温疲劳损坏是指由蠕变和疲劳共同作用 所形成的介于静应力产生的蠕变和动应力产生 的疲劳之间的一种损坏形式。裂纹源部位呈蠕 变现象，断裂性质为持久断裂和疲劳断裂的组 合，而且往往伴随着材料组织的变化。 高温疲劳损坏裂纹基本上是穿晶的，断口 宏观貌有贝壳花纹，断口微观貌有较厚的氧化 皮。 高温疲劳损坏发生在高压缸前几级叶片、 中间再热式汽轮机中压缸前几级叶片以及中压 汽轮机的调速级叶片。 防止高温疲劳损坏的主要措施是：选用高 温性能好的金属来制造处于高温下工作的叶 片，防止叶片共振，防止叶片径向和轴向相摩擦 等。 １Ａ应力腐蚀损坏 产生应力腐蚀的主要原因是：首先，金属品 界偏析，析出碳化物，出现贫铬区，使晶界腐蚀； 其次，应力作用；然后，高浓度盐的腐蚀。应力腐 防止叶片应力腐蚀损坏的只要措施是：改 ２．２Ａ运行不当而引起损坏。如启、停机，变 善汽水品质、提高叶片材质、降低叶片动应力 负荷等情况下，温度变化率及温度变化量过大， 等。 引起热应力过大等。 １．５腐蚀疲劳损坏 ２．３叶轮的开裂 腐蚀疲劳损坏是叶片在腐蚀介质中受交变 叶轮开裂主要出现在低压级。由于叶轮直 应力作用而引起的疲劳损坏。如损坏是以机械 径大，离心力大，长期运行中键槽处由于应力集 疲劳为主，则裂纹发展迅速，裂纹为穿晶型；如 中容易出现裂纹，，裂纹发展到一定深度会引起 损坏是以应力腐蚀为主，则裂纹发展较慢，裂纹 整个叶轮飞裂。叶轮开裂与下列因素有关： 主要是沿晶型。 ２３．１键槽处加工质量差，应力集中处往往 防止腐蚀疲劳损坏的主要措施是：提高叶 易生成裂纹并发展； 片材质耐腐蚀陛；降低交变应力水平；改善汽水 ２．３２ Ｉ１ｒ轮材料性能差，韧性及塑性低，脆 品质。 性大，加速了裂纹扩展； １．６接触疲劳损坏 ２．３３停机后维修保养不当，或水腐蚀造成 接触疲劳损坏是由于叶片根部松动，叶根 应力腐蚀。 参加振动，使叶根之间或叶片与叶轮机接触面 防止叶轮开裂的措施：注意停机后的保养， 产生往复微量相对摩擦运动而造成的一种机械 防止腐蚀；提高冶金及加工质量；加强探伤检查 损坏。 等。 由于摩擦表面材料晶体滑移和硬化，使硬 ３汽缸的变形及裂纹 化区内产生许多平行的显微裂纹，并不断扩展， 汽缸截面厚度变化大，进汽端形状复杂，特 从而引起疲劳断裂。 别是法兰处厚度非常大，因此在运行过程中汽 摩擦裂纹和摩擦硬化现象同时并存是接触 缸内外壁、法兰内外壁温差悬殊，生成的热应力 疲劳损坏的主要基本特征。摩擦硬化和摩擦裂 就非常大，加之温度变化时又受到热交变应力 纹仅存于接触部位表面。 作用，同时，汽缸内还承受蒸汽压力、静止部分 防止接触疲劳的主要措施是：改善叶片接 的重力作用，工作条件十分恶劣，并且，由于形 触面的紧贴程度，增加接触面积以防止接触点 状复杂、厚薄相差悬殊、尺寸大等原因，不可避 接触的应力集中，消除或减弱调频叶片的振动 免存在铸造缺陷，所以，汽缸容易发生变形和开 力。 裂的金属事故。 ２汽轮机转子金属事故分析 ３．Ｉ造成汽缸变形的主要原因如下 转子在运行过程中要承受扭距和自重引起 ３．１．１运行中汽缸壁内外、法兰内外温差较 的弯应力、温度梯度和温度变化的热应力、离心 大，造成法兰结合面漏气；汽缸上、下温差过大 力、热套力、振动力和发电机短路力距，其工作 导致动静部分相摩擦或振动； 条件十分恶劣。 ３．１．２汽缸去应力退火不当，或运行中满 汽轮机转子的金属事故主要是叶轮、主轴 水、水击等，都会引起变形； （转子）的变形及开裂。 ３．１Ｉ３汽缸在高温下工作，各部分温度不 ２．１主轴（转子ｊ的塑性变形 同，蠕变速度不一，从而引起变形。 汽轮机出厂时的残余应力过大，运输、安装 ３２造成汽缸开裂的主要原因如下： 不当以及运行中暖机不充分，动静部分相摩擦， ３２．１汽缸长期在高温下运行，出现蠕变， 水击和满水等原因，都有可能导致大轴产生永 膪陛增加； 久变形，一旦出现这种隋况决不能强行升速，而 ３２＿２冶金过程中铸件内部出现裂纹、白 应停机后直轴。 点、夹渣等，是造成蠕变裂纹和热疲劳裂纹的根 直轴方法：对小型碳钢转子可采用局部加 源： 热反变形校直；对大功率合金钢转子多采用“松 ３２－３热处理不当导致材料组织不均匀，而 弛法”。 使持久强度和持久塑性下降； ２＿２转子的断裂 ３２Ａ长期高温运行使汽缸材料组织发生 转子断裂将造成严重事故，应引起十分重 变化；运行中的低频热应；力和蠕变的联合作用 视。断裂的起因是出现裂纹。转子发现第一条宏 更易出现裂纹。 观裂纹，在大型汽轮机中往往作为汽轮机工作 ３２５对于出现裂纹的汽缸可采用彻底挖 寿命结束的标志。转子产生裂纹的原因主要有 除裂纹并进行补焊的方法加以消除。 以下几点： 参考文献 ２．２．１在热交变应力（低频热应力）和蠕变 【１】周顺深．汽轮机零部件损坏及其寿命评如．发 联合作用下出现裂纹； 电设备．１９９０４）４－０Ｌ ２．２２截面交界处过渡圆角偏小、存在刀痕 等原因会导致机械应力或热应力集中，在交变 中国新技术新产品 一１３３—