300 MW機組汽輪機調(diào)節(jié)級動葉圍帶裂紋分析與處理

吳永法

（浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興 312073）

300 MW機組汽輪機調(diào)節(jié)級動葉圍帶裂紋分析與處理

吳永法

（浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興 312073）

某熱電公司國產(chǎn)300 MW燃煤汽輪發(fā)電機組在首次大修時發(fā)現(xiàn)汽輪機調(diào)節(jié)級動葉片鉚接式圍帶上有1處貫穿性裂紋，通過對裂紋部位的宏觀、微觀、化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織等進行檢查和分析，認為裂紋產(chǎn)生的原因是圍帶在鉚接時裝配工藝不良，圍帶懸臂端鉚接壓緊力不足，在機組運行時，圍帶懸臂端產(chǎn)生振動導(dǎo)致圍帶開孔與鉚釘接觸部位產(chǎn)生磨損疲勞裂紋。給出的圍帶裂紋處理方案可為同類問題的處理提供借鑒。

汽輪機；調(diào)節(jié)級；圍帶；裂紋

1 概況

某熱電公司一期工程2×300 MW燃煤汽輪發(fā)電機組為哈爾濱汽輪機廠制造，C280/N300-16.7/ 538/538型亞臨界中間再熱雙排汽抽汽凝汽式機組。該汽輪機的高中壓缸采用合缸結(jié)構(gòu)，低壓缸為對稱分流式；機組通流高壓部分由1個沖動式調(diào)節(jié)級和12級反向布置的反動式壓力級組成。該工程2號機組于2011年11月投產(chǎn)，2013年3月進行首次大修時，檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機調(diào)節(jié)級動葉圍帶有1片存在貫穿性裂紋，裂紋長度約15 mm，寬度約1 mm，裂紋部位如圖1所示。機組大修前累計運行時間約12000 h。

圖1 調(diào)節(jié)級圍帶裂紋

調(diào)節(jié)級葉片的結(jié)構(gòu)型式為三聯(lián)葉片組，3只葉片的葉根及圍帶均聯(lián)為一整體，全周共24組。每相鄰3組葉片中，中間組的3只葉片加上左組的1只葉片及右組的2只葉片，共6只葉片用第二層圍帶鉚接成組，這樣用雙層圍帶交錯聯(lián)結(jié)，使全周72只葉片形成整圈聯(lián)結(jié)葉片結(jié)構(gòu)型式（見圖2），便于調(diào)頻，保證運行安全。圍帶材質(zhì)為馬氏體耐熱不銹鋼2Cr12NiMo1W1V。

圖2 鉚接圍帶連接方式

2 裂紋性質(zhì)與原因分析

2.1 斷口宏觀分析

如圖3所示，圍帶開裂于圍帶末端至最外側(cè)鉚釘之間，沿斷口方向，鉚釘孔磨損嚴重，裂紋附近鉚釘孔磨損至光亮色。圍帶斷面較為平坦，氧化嚴重，呈深灰色，斷口靠近圍帶上表面存在磕碰磨損。裂紋源位于鉚釘孔的邊緣，源區(qū)側(cè)面磨損嚴重。

圖3 圍帶裂紋宏觀形貌

鉚釘整體呈黑灰色，鉚釘頂端呈橢圓形，與圍帶相接觸的側(cè)面磨損嚴重，存在塑性變形，如圖4所示。

圖4 與圍帶接觸鉚釘頭磨損形貌

2.2 斷口微觀分析

在SUPRATM55掃描電子顯微鏡下觀察斷面微觀形貌，如圖5（a）—（g）所示，斷面氧化嚴重，表面被氧化物覆蓋。

圖5 電子顯微鏡下斷面形貌

2.3 材質(zhì)分析

2.3.1 化學(xué)成分分析

按照GB/T 223《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法》系列標準對圍帶進行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1，圍帶的化學(xué)成分符合制造廠對2Cr12NiMo1W1V鋼的技術(shù)要求。

2.3.2 力學(xué)性能

按照GB/T 231.2《金屬布氏硬度試驗方法》在HB-3000布氏硬度機上對圍帶式樣進行布氏硬度測試，得到硬度值為295 HB，符合制造廠對2Cr12NiMo1W1V鋼的技術(shù)要求（293～331 HB）。

2.3.3 金相分析

利用Axioyert 40mat倒置金相顯微鏡對圍帶試樣進行金相組織檢查，金相組織為回火馬氏體，晶粒度6級，情況正常。

2.4 分析與討論

（1）從圍帶的材質(zhì)檢驗看，圍帶的化學(xué)成分和硬度值均符合制造廠的技術(shù)要求。

（2）從斷口上看，圍帶裂紋起于末端的鉚釘孔的邊緣處。

（3）圍帶裂紋源區(qū)附近鉚釘孔存在磨損，與源區(qū)相配合鉚釘表面發(fā)生塑性變形，磨損至深黑色，有氧化物剝落后形成的凹坑，表明裂紋源區(qū)附近的圍帶表面局部承受反復(fù)的接觸摩擦，接觸摩擦應(yīng)力、氧化物磨屑研磨的共同作用使破壞加快，局部形成缺口，產(chǎn)生磨損疲勞裂紋。

（4）圍帶及鉚釘孔產(chǎn)生接觸磨損疲勞裂紋的主要原因是：圍帶鉚接時裝配工藝不良，圍帶懸臂端鉚接壓緊力不足，在機組運行時，圍帶懸臂端產(chǎn)生振動，與鉚釘接觸部位產(chǎn)生磨損疲勞裂紋。

3 修復(fù)方案

（1）將有圍帶裂紋的相鄰3組共9只葉片拆除，更換新葉片。如圖6所示，將C，D，E 3組葉片拆除，并換裝3組新葉片。

圖6 處理后鉚接圍帶聯(lián)接方式

（2）在留下的B組及F組的第二層圍帶上用旋轉(zhuǎn)銼加工出如圖7所示的燕尾。新裝C組、D組中5只葉片用第二層圍帶聯(lián)接，并在與B組相接處用旋轉(zhuǎn)銼加工成燕尾槽，與B組圍帶的燕尾緊密配合，這樣A，B，C，D組中的9只葉片用第二層圍帶聯(lián)接成組。同樣，新裝D組、E組中的4只葉片同F(xiàn)組、G組中的5只葉片以燕尾方式用第二層圍帶聯(lián)接成組。這樣全周葉片重新形成整圈聯(lián)接。

圖7 燕尾槽和燕尾尺寸

（3）燕尾及燕尾槽裝配要求緊密貼合，裝配后沿整個接觸面斂縫。選擇燕尾槽的位置應(yīng)保證圍帶懸臂端的尺寸不超過原設(shè)計值。

表1 2Cr12NiMo1W1V鋼的化學(xué)成分分析結(jié)果 %

（4）鉚釘頭鉚接時，使用氧乙炔加熱到200～300℃，用鐵錘敲打進行鉚接。所有鉚接工作完成后對葉片圍帶和鉚釘拋光處理，經(jīng)著色檢查確認圍帶和鉚釘沒有裂紋。圍帶修復(fù)后情況如圖8所示。

圖8 修復(fù)后調(diào)節(jié)級葉片圍帶

葉片圍帶修復(fù)后，機組運行迄今情況正常，表明本次修復(fù)是成功的。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)過分析確定調(diào)節(jié)級葉片圍帶裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋，圍帶與鉚釘孔之間的接觸磨損是圍帶開裂的主要原因。

由于鉚接式圍帶鉚接采用手動式?jīng)_鉚，鉚接質(zhì)量不易控制，在機組檢修期間，應(yīng)加強對圍帶的檢查。

建議將調(diào)節(jié)級動葉圍帶由鉚接型改為安全性更高的自帶冠型，可避免圍帶在機組運行中產(chǎn)生裂紋及斷裂現(xiàn)象。

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（本文編輯：徐 晗）

ITER計劃中國超導(dǎo)股線項目全面竣工

2017年3月13日上午，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃中國超導(dǎo)股線項目全面竣工。

ITER計劃是目前最大的國際合作項目之一,也是我國首次以平等、全權(quán)伙伴身份參加的國際合作計劃。通過參加ITER裝置的建造和運行，有助于我國全面掌握磁約束核聚變研究和技術(shù)成果，帶動我國相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

超導(dǎo)股線分Nb3Sn材料和NbTi材料2種。ITER環(huán)向場導(dǎo)體和中心螺線管導(dǎo)體采用Nb3Sn超導(dǎo)材料，其余導(dǎo)體采用NbTi材料。Nb3Sn和NbTi材料作為關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，在液氦溫度（4.2K左右）下處于超導(dǎo)狀態(tài)，在ITER裝置內(nèi)可以形成強大的磁籠，約束高溫等離子體。

中方導(dǎo)體采購包共需174 t的NbTi和35 t的Nb3Sn超導(dǎo)股線，全部由西部超導(dǎo)公司承擔(dān)制造。經(jīng)過多年努力，超導(dǎo)股線制造技術(shù)于2010年順利通過ITER組織認證。通過參與ITER計劃，西部超導(dǎo)建立了完整、國際領(lǐng)先的質(zhì)量管理及控制體系，完成了產(chǎn)品的批量生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)、設(shè)備研制、檢測與質(zhì)量評估等多項任務(wù)。ITER計劃帶動了超導(dǎo)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步，為我國建立自己的核聚變堆提供了超導(dǎo)線材制造基礎(chǔ)。此外，通過參與ITER計劃，我國低溫超導(dǎo)股線實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化，使我國的超導(dǎo)線材研發(fā)能力和工業(yè)化生產(chǎn)能力達到了國際一流水平。

來源：國家科技部

Analysis and Treatment on Shroud Band Crack at Governing Stage Moving Blade of a 300 MW Steam Turbine

WU Yongfa
（Zhejiang Energy Shaoxing Binhai Thermal Power Generation Co.，Ltd.，Shaoxing Zhejiang 312073，China）

A perfoliate crack was found at riveting shroud band of the governing stage moving blade of a domestic 300 MW steam turbine during the first overhaul.Through examination and analysis on macro morphology，microstructure，chemical composition and mechanical properties and metallurgical structure of the crack are conducted.The result shows that the failure is caused by improper riveting assembly process and insufficient riveting clamping force at the cantilever end.During the unit operation，vibration at the cantilever end causes fatigue crack at the interface between the rivet and open pore of the shroud band.The crack treatment scheme to the crack can be taken as reference for handling similar problems.

steam turbine；governing stage；shroud band；crack

TK267

：B

：1007-1881（2017）03-0067-04

2016-11-11

吳永法（1973），男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。