某电厂5号机组次末级叶片叶根开裂分析

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1、第53卷第5期汽轮机技术V0I．53NO．52011年1O月TURBINETECHNOLOGY0cI．20l1某电厂5号机组次末级叶片叶根开裂分析李庆，郑磊(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)．摘要：对裂纹叶片进行了材料及断口理化检验及分析，同时采用有限元分析软件对该叶片的强度、振动作了精确的计算，找出了叶片叶根开裂原因，提出了改进方案，避免该叶片再次发生叶根开裂，保证机组安全可靠运行。关键词：裂纹叶片；断口；理化检验；有限元分析分类号：TK267文献标识码：A文章编号：1001—5884(2011)05-0386-03AnalysisofB

2、ladeRootRuptureinL一1StageofNo．5UnitLIQing，ZHENGLei(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Accordingtoinspectionofmaterial，physicalandchemicalanalysisatfracturearea，finiteanalysisofbladestressandvibration，findrootcauseofrupture．Givethemethodofimprovement，toa,(oidit

3、happenagainandmakeunitoperatedsafely．Keywords：bladerootrupture；fracture；physicalandchemicalanalysis；finiteanalysis情况的整体检查工作后，将这只叶片解剖，做断口分析和材0前言质分析，另外取两只叶片做材质分析，叶片的材质为0Crl7Ni4Cu4Nb。某电厂5号机为NZK600—16．7／537／537型亚临界、一1．1断口宏观分析次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，机由图l可见，叶根各个齿面的边缘尖角都有被蒸汽吹蚀组于2008年7月

4、投入运行，于2009年5月开始进行B级检的痕迹，但很不规则，个别地方形成小缺口，裂纹起始处留有修，机组累计运行时间5739h。揭缸后对1号、2号低压转子尖角。用线切割的方法在裂纹的尾段将裂纹面打开，解剖后次末级正反向叶片进行着色检查，发现1号低压转子正向次的叶片断口见图2。裂纹起始于叶根出汽边内弧侧第一齿的末级39号叶片叶根存在长35ram，深72mm的裂纹，如图1圆弧过渡区根部，是单疲劳源，在裂纹扩展区有清晰的海滩所示。花样，叶片的断面都已氧化，叶片断面上有发蓝的现象。图2叶片的宏观断口照片1．2断口微观分析图1叶根裂纹图片在扫描电镜下观察叶片断口，裂纹

5、源区的微观形貌见图3。图3(。)显示断口裂纹源区有发射状花样，图3(b)显示在1裂纹叶片材料及断口理化检验及分析裂纹源区的起点处有一个小划面，清晰可见不规则的机械打磨的痕迹。断口表面氧化严重，高倍下观察可见覆盖一层氧裂纹叶片叶根开裂的形态见图1，裂纹在叶根第一齿的化皮。出汽边内弧侧起始，向出汽边背弧侧扩展，叶片背弧裂纹长1．3材质分析度约，凼趣裂纹度约为70ram，在完成了叶片开裂在叶片(裂纹叶片编号为1号，其它两只叶片编号为2收稿日期：2011-06-16作者简介：李庆(1975-)，男，工程师，现从事汽轮机叶片的设计开发工作。第5期李庆等：某电厂5号机

6、组次末级叶片叶根开裂分析387叶片材料的化学成分分析结果(质量分数)见表1。由表1可见，叶片材料的化学成分均符合0Crl7Ni4Cu4Nb钢的标准要求。1．3．2力学性能叶片的室温力学性能测试结果见表2。室温时1号和3号叶片钢的力学性能指标均符合标准要求，2号叶片钢屈服(∞)强度和硬度都超过标准要求。图3叶片源区微观形貌1．3．3金相组织号和3号)的叶根和叶身处取样，分析叶片的化学成分、力学叶片钢的金相分析结果见表3，2号和3号叶片夹杂物性能和金相组织。较多，组织上有少许残余奥氏体存在，3只叶片钢的金相分析1．3．1化学成分分析都符合标准要求。表10Crl

7、7Ni4Cu4Nb钢的化学成分(w％)用“整圈叶片振动模态ABAQUS循环对称算法”，强度、振动2有限元分析分析模型见图4，分析结果见表4和表5。采用大型商业有限元分析软件ABAQUS对该叶片的应3裂纹产生原因分析及改进措施力及振动特性进行分析。在强度计算中，95％以上网格为六面体单元，关键部分(如叶根与轮槽的接触表面等)采用精细(1)经调查该叶片于2004年起投运，至今已有40多台六面体单元，其余部分网格适当加粗；在整圈振动计算中，采机组在役运行，除某电厂外均安全、可靠运行，良好的运行业表4有限元分析叶片各部分应力388汽轮机技术第53卷，⋯⋯⋯自⋯一⋯

8、’⋯T、潞⋯⋯⋯⋯．⋯图4强度、振动有限元分析模型绩足以表明该叶片