转子裂纹分析

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1、摘要：文章叙述了某厂4台160型汽轮机转子裂纹发生的情况及处理过程，简要分析了缺陷产生原因，并提出了今后安全运行的措施。关键词：汽轮机转了；裂纹；原因分析；处理措施某发电厂现共有4台50MW机组，分别投产于1970年10月-1974年9月，制造厂家均为上海汽轮机厂，转子型号为160型及改进后的A160型,转子材料为P2(30Cr2MoV)钢,转子中心孔直径100mm,汽轮机转子与调节级及P16级叶轮整锻，17〜21级叶轮为套装结构。目前各机组运行均已超过20万小时。从2003年10月起至2004年5月，该厂的四台机组在检修11

2、1相继发现汽轮机转子上存在多处裂纹，其11'#2-#4机转子有三处裂纹，裂纹位置完全相同，均在调节级前轴肩圆弧过渡圆角处及第二弹性槽圆弧过渡圆角处，共三处，总体方向为径向，三裂纹均为整圈见图lbo1#机组发现汽轮机转子上有十处裂纹，位置除上述二处外，还包括调节级和第一级叶轮间两道；第一级叶轮和第二级叶轮间三道；第二级叶轮和第三级叶轮间两道。裂纹总体方向也是径向，只是深度略有不同，最深的是2#机组调节级前轴肩圆弧过渡圆角处裂纹达13.6mm,最浅的是4#机组第一.弹性槽圆弧过渡圆角处裂纹也有3.3mmoa、#2、3、4机组图1裂

3、纹发生及测量位置示意图注：A：调节级前轴肩圆弧过渡圆角处裂纹氏C：第一.弹性槽圆弧过渡圆角处裂纹D、E：调节级和第一级叶轮间裂纹F、H、J：第一级和第二级叶轮间裂纹G、I：第二级和第三级叶轮间裂纹1原因分析1.1主要原因转子是汽轮机组最重要的部件之一，其工作状态比较复杂，在高温、高转速情况下，既承担着巨大的离心应力及传递功率所产生的扭转应力，又承担着巨大的热应力，还可能产生弯曲、振动等。因此，对转子的结构及材料性能的要求特别苛刻。高压转子的调节级及前三级压力级的变截而处及附近的弹性槽部位，由于机组启停过程中的机械应力和热应力会

4、导致应力、集屮，产生疲劳损伤，特别对调峰机组来说更为严重。自20世纪起，世界各国汽轮机、发电机转子断裂恶性事故就有20多起，其中较典型的如美国TVAGallatin电站2号机在1974年6月冷态启动时中低压转子断裂。该机组1957年5月投运，至1974年6月累计运行106000小时，启停288次。失效分析表明：该转子的断裂为典型的疲劳-蠕变断裂。国内也有3-5起转子的断轴事故，近几年来，由于50MW机组多参与调峰运行，有几台机组汽轮机高压转子调节级前凹槽和轴封弹性槽先后出现严重的整圈裂纹，例如：如新疆红雁池发电厂的5〜8号机；

5、分宜发电厂6号机；广东韶关电厂6号机等。1.1.1调峰期间热应力对转子的影响热应力主要发生在高压转子的前几级和中压转子的前几级，它是由于转子各部分温度不均匀，各部分材料之间膨胀或收缩互相限制而引起的。温度如果反复变化，则材料受到反复变化的拉-压交变应力，温差越大，交变应力就越大。材料经过多次交变应力的作用之后，有可能产生疲劳裂纹，温差越大，产生疲劳裂纹的期间就越短。详细计算表明，如果蒸汽与转子的温差达到150°C,即使平滑的转子表面，其热应力也将达到材料屈服极限的数值，很快就会产生疲劳裂纹。由此可见，为了限制热应力，就必须限制

6、蒸汽与转子的温差。此外，由于构成转子的材料相当厚大，各部分材料之间的热传导需要相当长的时间。于是，限制蒸汽的升温（降温）速率是限制热应力的另一个重要手段。这两个手段在汽轮机启动和停机时是非常重要的，这是因为在高速旋转的情况下，转子表而与蒸汽之间的热交换相当强烈，转子表而将很快被蒸汽所加热（冷却），而转子内部材料的热传导却十分缓慢,升温（降温）也就十分缓慢；此时，如果蒸汽很快升温（降温），那么转子表面也很快升温（冷却），其结果是很快加大转了本身的温差，造成极大的热应力。特别要指出，所谓“甩负荷带厂用电”和“甩负荷维持空转”的做法

7、是非常有害的。1.1.2热变形及蠕变影响热变形也是一个应当注意的问题。在汽轮机启动、停机或汽缸疏水不畅时可能出现这种情况。热变形将会引起转子的弯曲，而发牛弯曲的转子投入运行是很危险的。因此，必须对转了的弯曲度加以检测，严格限制弯曲度，在转了轴端外缘的晃度应不大于30umo蠕变现象是高、中压转子前几级的另一个应当注意的问题。这是高温区段的材料在离心应力的作用下，缓慢地发生塑性变形的现象，严重的蠕变损伤将导致材料的断裂。对丁•经历长期运行的汽轮机转子，应当检查叶轮外径的增大是否在允许的范围内。1.2机组启停操作原因1.2.1启动前

8、，汽封疏水门未开或未开足机组启动前，应开启汽封来汽管疏水门，当该门未开或未开足情况下，疏水暖管时间不足，汽封管内疏水无法排走，使存水排至前汽封，管内存水温度一般远低于当时的转子温度，对转子前汽封造成突然冷却，产生较大的热应力。1.2.2汽封送汽温度与转子温度不匹配。热态启动时