51—50—1型汽轮机转子本体缺陷的断裂力学评定

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1、维普资讯http://www.cqvip.com51—50—1型汔轮机貉-3-本体缺陷的断裂力学评定国家电力公司热工研究院(西安李益民王金瑞马剑民西北大学(西安伍星、『kff西固热电厂(兰州蔡连元葛忻闫建斌。‘nn付耋；㈣汽轮机转子是火电机组关键部件之一，在机组的冷态、热态启停和甩负荷工况下，转子会遭受机械应力1机组概况及转子缺陷和内、外部温差引起的热应力循环，特别在转子调节级的变截面处及弹性槽部位会产生应力应变的集中，从所评定的5l一50一l型汽轮机自1967年7月投运而萌生裂纹，逐渐扩展，直到失效；同时，机组在稳态运以来，对大轴中心孔进行了两次探伤，发现在

2、距低压端行工况下，由于离心力的作用会产生蠕变损伤，特别在610mlrn1000mlrn区段存在着2当量以上缺陷4处，转子的中心孔部位离心应力最高。所查缺陷距中心孔表面较近，且有较长的尺寸(表1)，另一方面，由于转子截面尺寸大，在其中心孔部位故应对这些缺陷用断裂力学进行评估。不可避免地存在着一些气孔、疏松、夹杂等冶金缺陷。在1955年～l980年25年期间国外近30根转子的断表1缺陷的部位殛尺寸裂事故中，有60％是由于转子内部缺陷所引起。例如部度i美国Gallatin电站2号225MW机组，在运行106000h距低压轴端与基点，，峨艏当重／mm／ram后机组在冷

3、态启动中中低压转子断裂，事故的主要原距离／n,tn夹角／(。)因是转子材料中含有大量的非金属夹杂物。服役期问转子经受了105次冷态启停，183次热态启停和5次超速试验，由于蠕变一低周疲劳交互作用而使夹杂物周围产生裂纹，继而扩展，直至断裂IJ。国内电站也发生过几例转子的飞裂事故，有的在该汽轮机于1967年7月投运至1999年4月累计运高压转子调节级弹性槽处出现裂纹，有的由于转子内行169237h，共启停353次，其中冷态启停268次，热态启停85次。运行过程中每2000h进行一次超速试验。部冶金缺陷而失效，所以“DL／T654—1998火电厂超期服役机组寿命评估

4、技术导则”2J对含超标缺陷的汽机转子提出了要进行断裂力学评定的规定。2缺陷的简化大轴中缺陷的测量与无损检测方法、探伤所用的口霾亟亘亟圃西维普资讯http://www.cqvip.com仪器精度及探伤者的经验有关，同时还受材料特性、裂由离心力引起的切向应力口e垂直于裂纹面，使裂纹形状、位置、构件表面粗糙度等多种因素影响图l纹呈张开型破坏(I型)，由扭转引起的剪应力r使裂示出了几百个超声波探测的缺陷与解剖缺陷尺寸的比纹面撕开(Ⅲ型)，因此应考虑复合应力强度因子，常用较，由图可见，超声波探涮的缺陷尺寸往往小于实际的应变能密度理论，即s准则【4J缺陷尺寸，特别是小缺陷

5、误差高达5倍J。前苏联、英S=a,i1肼+2口12lⅡ+n芷十口∞(1)国、联邦德国的研究表明，实际缺陷面积是探伤面积的2～3倍，联邦德国取实际缺陷面积是探伤缺陷面积的式中fill=lI(1+e0s8)(一c∞2．25倍t。参照联邦德国的研究结果，将5+0dB口12而1in0[(2c0s口一(一1)]缺陷(4号缺陷)面积扩大2．25倍。ⅡⅡ=16G'~[(一1)(1一c∞口)(1+eosp)(3c∞口一1)】l。334—G—a"其中k=3一4(平面应变情况)；G——材料的切变模量，MPa；——材料的泊松比；从裂纹延长线量起的裂纹尖端的极角，(。)。根据准则，当

6、=处的s达到临界值时起裂，并认为s是材料常数。s与材料的断裂韧性k检测尺寸／ram有如下关系圈1缺陷实际尺寸与检测尺寸的比较(2)比较表1中大轴中心孔探伤结果，可见其最大缺式中——材料的平面应变断裂韧性。陷尺寸为4号缺陷，长200mm，纵向缺陷当量为5+于是引入新的符号表示复台应力状态下的应0dB，距中心孔表面3Ⅲ，该缺陷在转子截面周向无力强度因子，则长度，散可简化为一个轴向表面半椭圆片状裂纹，如图=Is(o。)rn(3)2所示。该缺陷距大轴低压端980rnrn一10001TIITI，基本处于联轴器轴颈部位。3．1缺陷部位的应力分析(1)由离心力引起的切向应力

7、日和径向应力【5】为(mm一)(4)(m)(5)圈2中心孔近表面处的4号缺陷式中——材料的泊松比，取O．3；——材料密度，取7．85g／c；3缺陷处的复合应力强度因子，(g——重力加速度，9．80rn／s2；m——转子的角加速度，由3000r／min和3360在运行工况下，转子中心孔近表面的4号缺陷处r／raln换算；要承受由离心力引起的切向应力。和径向应力，以．_缺陷处转子外半径，取180mm；及由扭转引起的剪应力r。由于该缺陷处温度较低，圮——缺陷处中心孔半径，取50mm；且基本无温度变化，故不考虑温度应力的作用。一一缺陷在转子径向的位置，取57．5rnm

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