300 MW機組汽輪機調節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任公司，浙江 紹興 312073）

300 MW機組汽輪機調節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任公司，浙江 紹興 312073）

某熱電公司國產300 MW燃煤汽輪發電機組在首次大修時發現汽輪機調節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、化學成分、力學性能、金相組織等進行檢查和分析，認為裂紋產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，圍帶懸臂端產生振動導致圍帶開孔與鉚釘接觸部位產生磨損疲勞裂紋。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；調節級；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構，低壓缸為對稱分流式；機組通流高壓部分由1個沖動式調節級和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，2013年3月進行首次大修時，檢查發現汽輪機調節級動葉圍帶有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 調節級圍帶裂紋

調節級葉片的結構型式為三聯葉片組，3只葉片的葉根及圍帶均聯為一整體，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結，使全周72只葉片形成整圈聯結葉片結構型式（見圖2），便于調頻，保證運行安全。圍帶材質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，源區側面磨損嚴重。

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 材質分析

2.3.1 化學成分分析

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

2.3.2 力學性能

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）從圍帶的材質檢驗看，圍帶的化學成分和硬度值均符合制造廠的技術要求。

（2）從斷口上看，圍帶裂紋起于末端的鉚釘孔的邊緣處。

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

（4）圍帶及鉚釘孔產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，圍帶懸臂端產生振動，與鉚釘接觸部位產生磨損疲勞裂紋。

3 修復方案

（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 處理后鉚接圍帶聯接方式

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

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保證圍帶懸臂端的尺寸不超過原設計值。

表1 2Cr12NiMo1W1V鋼的化學成分分析結果 %

（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，經著色檢查確認圍帶和鉚釘沒有裂紋。圍帶修復后情況如圖8所示。

圖8 修復后調節級葉片圍帶

葉片圍帶修復后，機組運行迄今情況正常，表明本次修復是成功的。

4 結論及建議

經過分析確定調節級葉片圍帶裂紋性質為疲勞裂紋，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沖鉚，鉚接質量不易控制，在機組檢修期間，應加強對圍帶的檢查。

建議將調節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生裂紋及斷裂現象。

[1]康松，楊建明，胥建群.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]朱寶，周仁米，顧偉飛，等.汽輪機調節級動葉柵結構性故障分析與診斷[J].浙江電力，2015，34（11）∶5-11.

[3]程嵐.日立300 MW機組圍帶裂紋的分析及處理方法[J].湖北電力，2005，29（12）∶75-77.

[4]王立峰，丁輝，胡雙喜.SUH616鋼汽輪機葉片圍帶斷裂失效分析[J].華中電力，2005，18（1）∶4-6.

[5]張立君，吳細毛，孫笑.800 MW汽輪機高壓轉子圍帶脫落原因分析及處理[J].東北電力，2004（11）∶7-9.

[6]李鳳娟，孫志強.動葉片鉚接式圍帶的鉚接裝配方法[J].機械工程師，2015（6）∶260-261.

[7]包偉偉，張啟林，任偉，等.800 MW汽輪機通流改造的熱力設計[J].浙江電力，2016，35（4）∶41-45.

[8]胡學紅，丁輝，唐復全.TCDF-33.5型汽輪機第18級圍帶開裂原因再析[J].華中電力，2005，18（3）∶55-57.

（本文編輯：徐 晗）

ITER計劃中國超導股線項目全面竣工

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成果，帶動我國相關領域的技術發展。

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

中方導體采購包共需174 t的NbTi和35 t的Nb3Sn超導股線，全部由西部超導公司承擔制造。經過多年努力，超導股線制造技術于2010年順利通過ITER組織認證。通過參與ITER計劃，西部超導建立了完整、國際領先的質量管理及控制體系，完成了產品的批量生產技術研發、設備研制、檢測與質量評估等多項任務。ITER計劃帶動了超導材料相關產業的技術進步，為我國建立自己的核聚變堆提供了超導線材制造基礎。此外，通過參與ITER計劃，我國低溫超導股線實現了100%國產化，使我國的超導線材研發能力和工業化生產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，主要從事火力發電廠生產技術管理工作。