汽輪機低壓轉子的失效葉片的材料性能調查

張鵬程

摘 要：某火力發電廠的汽輪機組的1#低壓轉子部分，第四級葉片發生了斷裂。為了查明葉片斷裂的原因，分別選取斷裂葉片、有裂紋葉片和無裂紋葉片進行了外觀檢查、化學成分分析、力學性能分析，并對材料的微觀結構進行了顯微鏡照相和X射線能譜分析。經過縝密的分析和推論，發現這次事故的主要原因是葉片的鍛造質量不佳，回火溫度較低，使得葉片的耐腐蝕能力下降明顯。在循環交變應力和腐蝕介質的共同作用下導致葉片裂紋擴展直到斷裂。

關鍵詞：汽輪機；轉子；葉片；材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.068

0 引言

哈爾濱某火電廠的2# 機組在運轉過程中振動突然增大，打開機組外殼檢查發現1#低壓轉子第四級葉片發生斷裂1片、發生開裂8片，機側次末級葉片開裂2片；低壓轉子第四級葉片斷裂2片、開裂10片。這套機組是360 MW亞臨界燃煤發電機組，其中的汽輪機低壓缸內部的轉子葉片是由2Cr13馬氏體不銹鋼制備，可在200℃下使用。葉輪的理論轉速3000 r/min， 改機組累計運行了65000 h。汽輪機的葉片是機組內部最重要的運動部件之一，對安全生產極為重要，為了延長機組的壽命，作者所在班組對葉片的斷裂原因進行了調查。

1 葉片材料分析

1.1 外觀檢查

分別選取第四級斷裂葉片1片（-1#）、開裂葉片3片（分別是-3#、-66#、-72#），次末級開裂葉片1片（+17#）、無裂紋低壓第四級葉片11片（分別是-6#、-40#、-71#、-72#、-73#、-75#、-78#、-134#、-136#、-155#）進行實驗分析。經過觀察，開裂葉片的裂紋處都出現在出汽邊；裂紋前段平直；葉片的根部都出現了60 mm左右范圍都有裂紋。從圖1的照片顯示，斷裂的葉片幾乎斷語近葉片的根部。裂紋的開始區位于發現在出汽邊，從出汽邊向進汽邊的方向延伸，斷口區斷面比較平整，沉積物多；中區能發現很多疲勞條紋，后區斷口起伏較大，斷區面積占葉片面積約有30%。

1.2 化學成分分析

為了分析葉片斷裂部分的化學成分，從低壓第四級-3#開裂葉片提取材料，進行了化學分析，主要元素指標如表1所示。

經過國標對比可知，開裂葉片的碳元素處于國標范圍的中間數值范圍以外，其余的元素濃度都小于標準數值。

1.3 力學性能分析

為了進一步確定材料的力學性能，分別選取三片開裂葉片和三片未開裂的葉片，取樣后進行力學性能分析實驗。利用液壓伺服試驗機進行上，按照國標GB/T 228-2002《金屬材料室溫拉伸實驗方法》進行室溫拉伸實驗，并參照GB/T 231.1-2002 《金屬布氏硬度實驗》進行硬度實驗。實驗結果如表2所示。

由表2 的數據可知，從了-155#樣品以外，其余的樣品的抗拉強度都偏高，并且開裂的樣品明顯高于未開裂的樣品。

2 結論

（1）葉片鍛造質量不佳是主要原因之一。回火溫度偏低導致葉片的抗拉強度、硬度數值偏高，耐腐蝕能力下降明顯。

（2）葉片出汽邊的腐蝕坑點位葉片的疲勞裂紋源，受到循環交變應力和腐蝕介質的共同作用是葉片裂紋擴大直到發生斷裂。

參考文獻：

[1]杭州工業汽輪機研究所.工業汽輪機文集[R].杭州：杭州汽輪機廠技術情報室，1987.