300MW汽輪機(jī)次末級(jí)葉根裂紋原因和處理

【摘要】某電廠(chǎng)300MW汽輪機(jī)低壓缸次末級(jí)葉片（反向第5級(jí)）出汽側(cè)的葉根在運(yùn)行時(shí)發(fā)生裂紋現(xiàn)象，在機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修時(shí)，檢驗(yàn)人員在對(duì)低壓缸末級(jí)、次末級(jí)、末三級(jí)葉片、葉根、圍帶等部位進(jìn)行宏觀檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)次末級(jí)葉片（反向第5級(jí)）的葉根第5#、第6#、第20#存在貫穿性橫向裂紋。通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)展全面的表面滲透探傷檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)次末級(jí)葉片（反向第5級(jí)）的第14#、35#、46#、62#、70#也存在不同程度的裂紋現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)廠(chǎng)家配合，找到產(chǎn)生裂紋的真正原因，并對(duì)存在裂紋的葉片進(jìn)行了全部更換和未發(fā)生裂紋葉片的后序處理工作，確保了該臺(tái)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】次末級(jí)；葉根；裂紋；原因；處理

Abstract： 300 MW steam turbine low pressure cylinder time last stage blades （reverse rank 5） steam side of blade root crack occur at run time， while the unit for A level maintenance and inspection personnel of low pressure cylinder， at the end of the time， at the end of the triple blade， blade root， at the end of the belt parts such as macroscopic inspection， found that the time the last stage blade reverse （rank 5） of blade root 5， 6， 20 pills perfoliate transverse crack. Through the surface of the further comprehensive penetration testing inspection found that the last stage blade （reverse rank 5） 14， 35， 46， 62， 70， there are different degrees of crack phenomenon. With the manufacturers to cooperate， find the real reason for cracks， and the blade cracks of existence for all replacement and no crack occurs blade order after the processing of the work， ensure the safe operation of the station steam turbine.

Key words： penult stage；Blade root；crack；The reason and treatment

1.前言

某廠(chǎng)C250/N300-16.7/537/537型亞臨界300MW汽輪機(jī)累計(jì)運(yùn)行26000小時(shí)進(jìn)行A級(jí)檢修。根據(jù)《火力發(fā)電廠(chǎng)金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》DL/T438-2009之第2.2.3條要求：機(jī)組每次A級(jí)檢修對(duì)低壓轉(zhuǎn)子末三級(jí)葉片和葉根、高中壓轉(zhuǎn)子末一級(jí)葉片和葉根進(jìn)行無(wú)損探傷[1]。這也是隨著機(jī)組容量的增大、參數(shù)的提高金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程對(duì)檢驗(yàn)工作提出了更高的要求，檢驗(yàn)比例由原來(lái)的末一級(jí)提高到了末三級(jí)。也正是2009版的《火力發(fā)電廠(chǎng)金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》在該廠(chǎng)首次A級(jí)檢修中的應(yīng)用，使我們?cè)谶M(jìn)行擴(kuò)大檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)了次末級(jí)葉片的葉根存在的重大問(wèn)題，避免了汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)葉根斷裂的可怕事故隱患。

2.該型式葉片簡(jiǎn)介

該級(jí)葉片情況見(jiàn)表1所示

表1：葉片簡(jiǎn)介 Table 1： the blade profile

葉片名稱(chēng)葉片規(guī)格葉片材質(zhì)葉片數(shù)量

次末級(jí)即反向第5級(jí)葉片L=515毫米0Cr17Ni4Cu4Nb98只/級(jí)

出現(xiàn)裂紋葉片為亞臨界300MW抽汽式供熱機(jī)組的75D系列產(chǎn)品，葉片長(zhǎng)度為515毫米自帶圍帶式葉片。該型式葉片為某廠(chǎng)于1997年在原拱型圍帶515毫米葉片的基礎(chǔ)上自主優(yōu)化設(shè)計(jì)的。由于拱型圍帶515毫米葉片曾經(jīng)在一些電廠(chǎng)發(fā)生過(guò)拱型圍帶斷裂事故，為保證515毫米葉片更加安全可靠運(yùn)行，故改為自帶圍帶式葉片。樅樹(shù)型葉根分為切向裝配和縱向裝配兩種類(lèi)型。裂紋一般出現(xiàn)在葉根進(jìn)汽側(cè)第一齒。

2.按規(guī)程開(kāi)展低壓缸末三級(jí)葉片、葉根檢驗(yàn)過(guò)程

2.1檢驗(yàn)方法和依據(jù)

2.1.1宏觀檢查可以采取肉眼觀察和10×放大鏡輔助檢查的形式進(jìn)行。2.1.2根據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》JB/T4730-2005第5部分：滲透檢測(cè)的相關(guān)要求，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)水源、批量大的工件檢測(cè)，可以采用溶劑去除型著色法[2]。2.1.3根據(jù)《汽輪機(jī)葉片超聲波檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》DL/T714-2000規(guī)定：葉片檢驗(yàn)用探頭應(yīng)選用5MHz專(zhuān)用縱波、橫波或者表面波探頭[3]。2.1.4我們采取的檢驗(yàn)方式

首先，低壓缸缸體揭開(kāi)、低壓轉(zhuǎn)子吊出后，對(duì)轉(zhuǎn)子、葉片、葉根、圍帶部位進(jìn)行了表面除銹工作，使其露出金屬光澤。我們?cè)俳M織相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)低壓缸正、反末三級(jí)葉片、葉根、圍帶進(jìn)行宏觀檢查。在檢查到次末級(jí)即反向第5級(jí)第5#、第6#、第35#葉片時(shí)，專(zhuān)業(yè)人員即發(fā)現(xiàn)了在葉根出汽側(cè)端面上存在橫向貫穿性表面裂紋。葉片拆下后測(cè)量發(fā)現(xiàn)最嚴(yán)重的裂紋深度已經(jīng)達(dá)到葉根寬度的2/3左右，已經(jīng)處于非常危險(xiǎn)的程度。一旦葉根斷裂產(chǎn)生的后果是可想而知的。其次，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)表面裂紋后，我們即采取了溶劑去除型著色法進(jìn)行全面的葉身、葉根、圍帶的表面探傷工作。通過(guò)表面滲透探傷，也同樣印證了之前發(fā)現(xiàn)的第5只、第6只、第35只葉片裂紋現(xiàn)象，同時(shí)，又發(fā)現(xiàn)了第14#、20#、46#、62#、70#葉根也同樣存在不同裂紋長(zhǎng)度的表面微裂紋現(xiàn)象。最后，我們又采取專(zhuān)用表面波探頭進(jìn)行了表面波探傷印證工作，同樣確認(rèn)了上述8只葉根裂紋現(xiàn)象的存在是正確的。電科院金屬所專(zhuān)業(yè)人員的檢驗(yàn)，也同樣印證了上述檢驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)下述表2檢驗(yàn)報(bào)告給出的結(jié)論意見(jiàn)。

表2：結(jié)論意見(jiàn) Table 2： conclusion

檢測(cè)結(jié)果與說(shuō)明

檢測(cè)汽輪機(jī)低壓缸反5級(jí)葉片的葉根1#～98#，其中5#、6#、14#、20#、35#、46#、62#、70#有裂紋缺陷顯示，其它葉片的葉根未見(jiàn)缺陷顯示，檢測(cè)結(jié)果合格。（缺陷見(jiàn)附頁(yè)）

葉根貫穿性和非貫穿性宏觀裂紋形貌見(jiàn)圖1、圖2所示。

3.對(duì)發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷查找原因

3.1運(yùn)行中汽輪機(jī)葉片處于極其復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，往往由于葉片（葉身和葉根）設(shè)計(jì)不合理、材料不符合要求、機(jī)加工質(zhì)量不佳、組裝工藝不良、運(yùn)行工況變動(dòng)等因素的影響造成葉片斷裂事故。對(duì)葉片尤其是葉根進(jìn)行預(yù)防性檢查是消除設(shè)備隱患，確保設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。

3.2葉根第一齒是葉根處的第一受力面，齒面圓弧過(guò)渡區(qū)的根部是應(yīng)力集中區(qū)。如果不能很好地消除葉根齒面邊緣產(chǎn)生的應(yīng)力集中，這個(gè)因素會(huì)對(duì)葉片的使用壽命產(chǎn)生不利的影響，大大縮短葉片的使用壽命。

3.3原葉片圍帶為緊裝狀態(tài)，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，葉片會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，而扭轉(zhuǎn)變形會(huì)使圍帶間由于緊裝而產(chǎn)生附加接觸應(yīng)力，同時(shí)，在緊裝狀態(tài)下，葉片裝配過(guò)緊，會(huì)提高圍帶連接剛性，使整圈頻率發(fā)生變化，會(huì)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生影響。

3.4從近幾年來(lái)看，出現(xiàn)葉片根部斷裂的電廠(chǎng)運(yùn)行情況了解到，絕大多數(shù)電廠(chǎng)的機(jī)組都是在低負(fù)荷運(yùn)行的較多。

4.對(duì)存在裂紋葉根的處理過(guò)程

為了徹底消除該機(jī)組葉片裂紋原因，保證修復(fù)后不再出現(xiàn)類(lèi)似現(xiàn)象，我們聯(lián)系設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)人員來(lái)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原因分析和消除治理。對(duì)出現(xiàn)裂紋和未出現(xiàn)裂紋的兩級(jí)葉片即正、反向第5級(jí)最終采取的處理方式是：1）對(duì)正、反第5級(jí)的全部98只×2級(jí)515毫米葉片的葉根邊緣進(jìn)行倒角處理工作，采用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)磨頭將葉根邊緣倒成R3毫米圓角，從根本上消除葉根齒應(yīng)力集中這一不利影響。2）對(duì)正、反第5級(jí)的全部98只×2級(jí)515毫米葉片圍帶部分由緊裝改為松裝。讓圍帶之間有一定的間隙，給予葉片扭轉(zhuǎn)變形緩沖的空間，降低接觸應(yīng)力，提高機(jī)組的安全性。另一方面，也降低了圍帶連接的剛性，從而，提高了葉片頻率避開(kāi)率，能夠有效地增加葉片運(yùn)行的安全裕度。3）對(duì)8只存在不同表面裂紋的葉片進(jìn)行了全部更換工作，更換的葉片全部采用新型葉片。4）為了保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，此項(xiàng)工作由設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)一線(xiàn)的專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)操作處理，現(xiàn)場(chǎng)人員配合處理工作。

5.結(jié)論

此次葉根出現(xiàn)裂紋的實(shí)質(zhì)性原因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理（未倒角R3）、組裝工藝不良（未松裝配）、運(yùn)行工況變動(dòng)（長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行）三方面。通過(guò)此次葉根結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、裝配工藝的改進(jìn)，加強(qiáng)機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整與爭(zhēng)取，該臺(tái)機(jī)組運(yùn)行近5年來(lái)，再次檢修復(fù)查時(shí)，未再出現(xiàn)上述現(xiàn)象，說(shuō)明此次改造效果能夠保證葉片（葉身、葉根）的安全運(yùn)行。