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汽轮机调节级叶片缺损原因分析

2011-12-17 12:07| 发布者: editorche| 查看: 5568| 评论: 0|原作者: 贺锡鹏,马红,陈吉刚,王弘喆,唐丽英

摘要: 通过化学成分分析、力学性能测试、金相检验、扫描电镜观察及能谱分析等方法对汽轮机调节级动叶片缺损的原因进行了分析。结果表明:导致调节级叶片缺损的原因是固体异物卡在调节级动叶片与下一级静叶片之间发生反复多 ...

摘要通过化学成分分析、力学性能测试、金相检验、扫描电镜观察及能谱分析等方法对汽轮机调节级动叶片缺损的原因进行了分析。结果表明:导致调节级叶片缺损的原因是固体异物卡在调节级动叶片与下一级静叶片之间发生反复多次的挤压摩擦所致。

关键词:汽轮机;调节级叶片;损伤;固定异物;挤压摩擦

    某发电公司对汽轮机大修检验时发现高中压转子调节级叶片存在异常,其叶身出汽侧明显受损,存在严重变形,整圈叶片的受损情况基本一致,叶身出现汽侧受损形貌如图1所示。该汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的型号为N600-24.2/566/566型汽轮机,其额定功率为600MW,额定转速为3000r/min,通流级数共48级(其中高压转子12级,中压转子8级,低压转子28级)。受损叶片的材料为2Cr11NiMoNbVN-5钢,至此此检修时该机组累计运行5530.45h,启停20次,为查找该叶片受损的原因,笔者选取部分受损叶片进行了理化检验和分析。

 

1理化检验

1.1宏观检验

    选取一组调节级受损叶片(一组包括三个叶片),如图2所示,从左到右叶片受损区域长度分别为16.51823mm。受损叶片内弧和背弧的形貌分别如图34所示(将叶片的压力面称作叶片的内弧,将另一侧称作叶片的背弧),可见叶片叶身受损出汽边明显减薄,边缘剩余厚度约为0.5mm,叶身出汽侧明显向内弧侧塌陷变形;叶片叶身受损部位的背弧面均存在周向磨痕和凹凸不圆滑的变形现象;但内弧面无上述磨损现象,表面较为光滑。

 

 

1.2化学成分分析

    从叶片上取粉末样进行化学成分分析,结果见表1。可见叶片的化学成分符合GB/T8732-20042Cr11NiMoNbVN钢的技术要求

 

1.3力学性能测试

    在叶片上取纵向拉伸试样,根据GB/T 228-2002根据进行室温拉伸性能试验,结果见表2,可见叶片的指标满足标准要求。

1.4硬度测试

    从叶片变形量大的区域取如图5所示的纵向试样和横向试样,在其上进行小负荷维氏硬度试验,测点112的硬度测试结果分别为:299.9282.4289.2300.3303.5299.1298.6302.6294.3289.7287.7299.3,可见叶片叶身变形区域与未变形区域的硬度值无明显差异,叶片的硬度值满足GB/T 8732-20042Cr1NiMoNbVN钢硬度值的技术要求范围273331HB

 

1.5金相检验

    对图5a)所示的横向试样和纵向试样进行显微组织观察,叶片不同区域的显微组织如图610所示,可以看出叶片横向试样和纵向试样的组织均为回火马氏体;叶片叶身变形区域与未变形区域组织无明显差异。

    参照GB/T10561-2005对叶片材料进行非金属夹杂物检验,非金属夹杂物试验的形貌如图11所示。试验结果表明:叶片材料中A,BC类夹杂物均<1级,D类夹杂物<2级,符合标准GB/T8732-2004中要求的“细系和粗系均不超过2级且各类非金属夹杂物细系和粗系最重级别之和不超过5.5级”的规定。

    对叶片背弧面受损区域和非受损区域进行了氧化皮观察与测量,氧化皮的形貌如图12所示。观察结果表明:叶片受损区域与未受损区域氧化皮无明显差异,厚度约为0.02mm

1.6扫描电镜观察

    图13为叶片背弧受损表面的扫描电镜观察结果,可以看到受损表面上存在较均匀、细密且相互平行的周向磨痕,并存在很细的材料挤压流变前沿线(图13中箭头所示)。

 

1.7能谱分析

    对叶片受损表面区域进行能谱分析,结果(质量分数)为2.49%C,22.86%O,0.39%Al,0.33%Si,0.42%P,0.53%Ca,2.52%Cr,63.15%Fe,6.35%Cu0.96%Mo,可见叶片受损表面主要为氧化物(氧和铁元素含量占86.01%

2分析与讨论

    叶片材料的化学成分、拉伸性能、未变形区域的组织和硬度均符合技术条件要求,这说明叶片材料的状态是正常的。

    受损叶片叶身出汽侧明显向内弧塌陷变形,背弧面均存在周向磨痕和凹凸不圆滑的变形现象,内弧面无上述磨损痕迹,表面较为光滑;受损表面存在较均匀、细密且相互平行的周向磨痕,并存在很细的材料挤压流变前沿线。根据这些现象可以判断,在机组运行中调节级动叶片出汽侧背弧表面受到了固体异物的挤压摩擦作用。叶片受损区域与未受损区域的显微组织与硬度无明显差异,说明叶片的固体异物单次挤压摩擦损伤深度较浅,最终的损伤是固体异物反复多次挤压摩擦损伤积累的结果。可以推断,在一段运行时间内,异物由于某种原因卡在调节级动叶与下一级静叶之间,经过反复多次的摩擦作用,造成了叶片损伤。叶片叶身受损区域与未受损区域氧化皮厚度无明显差异,说明叶片受损区域与未受损区域暴露在蒸汽中的时间较为接近,可判断在该机组投运初期即发生调节级动叶片出汽侧背弧面的固体异物挤压摩擦损伤。

3结论

    该汽轮机调节级叶片叶身的损伤是异物卡在调节级动叶与下一级静叶之间发生固体异物挤压摩擦损伤造成的;固体异物单次挤压摩擦损伤深度较浅且持续一断时间,最终的损伤是固体异物反复多次挤压摩擦损伤积累的结果。


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