汽机专业金属监督课件

1、1电厂汽机专业金属技术监督电厂汽机专业金属技术监督 吕吕 煜煜2目目 录录概概 述述常见事故案例常见事故案例关键部件失效分析关键部件失效分析汽机专业金属监督重点汽机专业金属监督重点3概概 述述 汽机作为火力发电机组关键部件，一直以来都是金属汽机作为火力发电机组关键部件，一直以来都是金属技术监督的重点，汽机主机及其附件的安全稳定直接关系技术监督的重点，汽机主机及其附件的安全稳定直接关系到机组的经济性和安全性。到机组的经济性和安全性。4概概 述述汽机专业重点金属监督部件包括：汽机专业重点金属监督部件包括：汽轮机转子及其附件。汽轮机转子及其附件。发电机转子及其附件。发电机转子及其附件。高温螺栓（高温

2、螺栓（M32）、对轮螺栓。）、对轮螺栓。汽缸、汽室。汽缸、汽室。主汽门、调速汽门及其他阀门。主汽门、调速汽门及其他阀门。1. 汽机侧主蒸汽、高温再热蒸汽管道及附件。汽机侧主蒸汽、高温再热蒸汽管道及附件。5概概 述述汽轮机转子及其附件主要监督部件：汽轮机转子及其附件主要监督部件： 转子体、转子轴颈、变截面转子体、转子轴颈、变截面R弧、汽封槽、轴端面、中心孔、叶片、叶根、拉金弧、汽封槽、轴端面、中心孔、叶片、叶根、拉金 围带、平衡孔、调节级（轴向键槽）、调速级叶轮侧平面、轴瓦、推力瓦。围带、平衡孔、调节级（轴向键槽）、调速级叶轮侧平面、轴瓦、推力瓦。发电机转子及其附件主要监督部件：发电机转子及其附

3、件主要监督部件： 转子、转子轴颈、变截面转子、转子轴颈、变截面R弧、护环、风冷扇叶、轴瓦、推力瓦。弧、护环、风冷扇叶、轴瓦、推力瓦。高温螺栓、对轮螺栓监督部位：高温螺栓、对轮螺栓监督部位： 螺纹处、螺栓杆。螺纹处、螺栓杆。汽缸、汽室主要监督部位：汽缸、汽室主要监督部位： 高温、变截面、补焊区、现场补焊部位。高温、变截面、补焊区、现场补焊部位。6概概 述述5. 主汽门、调速汽门、平衡环及其他阀门监督部位：主汽门、调速汽门、平衡环及其他阀门监督部位： 阀体、变截面处、补焊区、现场补焊部位。阀体、变截面处、补焊区、现场补焊部位。6. 主蒸汽、再热蒸汽管道及附件主要监督部件：主蒸汽、再热蒸汽管道及附件

4、主要监督部件： 直管、弯头、弯管、对接焊缝、三通、异径管及与其相连的疏水管、空气管、直管、弯头、弯管、对接焊缝、三通、异径管及与其相连的疏水管、空气管、压力表管及温度测点等。压力表管及温度测点等。7概概 述述 目前，电站汽机专业金属技术监督工作主要依目前，电站汽机专业金属技术监督工作主要依DL/T438-2009DL/T438-2009火力火力发电厂金属技术监督规程发电厂金属技术监督规程、中国大唐集团公司火电金属技术监督制中国大唐集团公司火电金属技术监督制度度及及火力发电厂高温紧固件技术导则火力发电厂高温紧固件技术导则。该标准为中华人民共和国该标准为中华人民共和国电力行业标准。电力行业标准。8

5、概概 述述 DL/T438-2009 DL/T438-2009对汽机专业金属监督分为对汽机专业金属监督分为安装前安装前的质量检验和机组的质量检验和机组运运行期间行期间的检验监督两个部分。的检验监督两个部分。标准规定了汽轮机金属监督的部件范围：标准规定了汽轮机金属监督的部件范围：工作温度工作温度400400的高温承压部件（含主蒸汽管道、高温再热的高温承压部件（含主蒸汽管道、高温再热 蒸汽管、阀壳和三通）以及与其相联的小管。蒸汽管、阀壳和三通）以及与其相联的小管。b b）工作温度）工作温度400400的导汽管、联络管。的导汽管、联络管。e e）汽轮机大轴、叶轮、叶片、拉金、轴瓦和发电机大轴、护环、

6、风扇叶。）汽轮机大轴、叶轮、叶片、拉金、轴瓦和发电机大轴、护环、风扇叶。f f）工作温度）工作温度400400的螺栓。的螺栓。g g）工作温度）工作温度400400的汽缸、汽室、主汽门、调速汽门、喷嘴、隔板和隔板套。的汽缸、汽室、主汽门、调速汽门、喷嘴、隔板和隔板套。9常见事故案例常见事故案例 近几年来，行业内发生多起汽轮机汽缸裂纹、螺栓断裂、近几年来，行业内发生多起汽轮机汽缸裂纹、螺栓断裂、叶片断裂、大轴开裂等关键部件失效导致的机组非停事故，尤叶片断裂、大轴开裂等关键部件失效导致的机组非停事故，尤其是因叶片断裂引发的事故接连发生。下面分类介绍不同设备其是因叶片断裂引发的事故接连发生。下面分类

7、介绍不同设备引发的事故案例，希望能引起大家足够的重视，避免同类事故引发的事故案例，希望能引起大家足够的重视，避免同类事故再次发生。再次发生。10常见事故案例常见事故案例汽缸结合面裂纹汽缸结合面裂纹11常见事故案例常见事故案例叶片裂纹叶片裂纹叶片断裂叶片断裂12常见事故案例常见事故案例发电机护环断裂发电机护环断裂13常见事故案例常见事故案例静叶裂纹静叶裂纹静叶磨损及修复静叶磨损及修复14常见事故案例常见事故案例导汽管裂纹导汽管裂纹导汽管裂纹导汽管裂纹15常见事故案例常见事故案例主汽管焊缝裂纹主汽管焊缝裂纹16常见事故案例常见事故案例主蒸汽管道材质用错引发管道胀粗、裂纹主蒸汽管道材质用错引发管道胀

8、粗、裂纹17常见事故案例常见事故案例主汽疏水管管座裂纹主汽疏水管管座裂纹18常见事故案例常见事故案例导汽格栅断裂导汽格栅断裂19常见事故案例常见事故案例高调门门杆断裂及修复高调门门杆断裂及修复20常见事故案例常见事故案例螺栓断裂螺栓断裂轴瓦脱胎轴瓦脱胎21关键部件失效分析关键部件失效分析关键部件失效分析主要从高温螺栓、汽缸、转子轴体关键部件失效分析主要从高温螺栓、汽缸、转子轴体汽轮机叶片、轴瓦、汽机侧主汽管等几个方面进行分汽轮机叶片、轴瓦、汽机侧主汽管等几个方面进行分析。析。22失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓 高温螺栓是汽轮机的关键部件之一，它连接汽缸法兰和阀门兰，在汽轮机运行期间保证高温

9、蒸汽的密封，工作条件非常苛刻。 常见的材质：汽轮机汽缸螺栓,材质包括C422（2Cr12NiMoWVV）、TiB(20Cr1Mo1VTiB)、25CrMoVA、25Cr2Mo1VA、 30Cr1Mo1V、20Cr1Mo1VNbTiB、R-26（镍钴铁基高温合金）、GH4145（即镍钴合金）等。 高温螺栓高温螺栓23失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓常见的问题：硬度超标、裂纹、螺纹磨损；失效形式： 脆性断裂；断裂原因： 高温蠕变、应力腐蚀、制造或装配不当；产生后果： 阀门卡涩、蒸汽泄漏等。24失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓 高压内缸螺栓断裂事故（施工不规范）高压内缸螺栓断裂事故（施工不规范）

10、东方汽轮机厂生产的型号为东方汽轮机厂生产的型号为NC300/160-12.7/535/535NC300/160-12.7/535/535汽轮机组，汽轮机组，投产运行时间超过投产运行时间超过5 5万小时，高压内缸螺栓万小时，高压内缸螺栓3 3条在运行期间发生断条在运行期间发生断裂。螺栓材质为裂。螺栓材质为20Cr1Mo1VNbTiB20Cr1Mo1VNbTiB，规格为，规格为M120M1204 41030mm1030mm。25失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓断裂螺栓螺纹损伤位置断裂螺栓螺纹损伤位置螺栓断口螺栓断口26失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓 在断裂面上打磨后进行硬度检验。其中在断裂面

11、上打磨后进行硬度检验。其中“B B”处靠近边缘硬度为：处靠近边缘硬度为：255HB255HB、252HB252HB、249HB249HB。“C C”处心部硬度为：处心部硬度为：233HB233HB、228HB228HB、230HB230HB。“D D”处心部硬度为：处心部硬度为：233HB233HB、233HB233HB、231HB231HB。 按按DL/T 439-2006DL/T 439-2006火力发电厂高温紧固件技术导则火力发电厂高温紧固件技术导则 20Cr1Mo1VNbTiB20Cr1Mo1VNbTiB硬度范围为硬度范围为252252302HB302HB。27失效分析失效分析 高温螺

12、栓高温螺栓断裂起源区组织形貌断裂起源区组织形貌100100断裂起源区组织形貌断裂起源区组织形貌 50050028失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓原因分析： 经过金相组织、硬度、光谱分析，发现材料本身没发现有大的问题，但断裂螺栓都存在有部分螺纹损伤，严重影响螺栓的受力分布，导致螺栓在运行过程中沿螺纹损失位置断裂（应为检修安装过程中损坏的螺纹，建议加强安装质量监督）。29失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓中压调门活塞套螺栓断裂事故（制作工艺不良）中压调门活塞套螺栓断裂事故（制作工艺不良）螺栓分布状况螺栓分布状况螺栓断口螺栓断口30失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓完好的螺栓完好的螺栓断裂的螺栓断

13、裂的螺栓31失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓断裂面放大形貌断裂面放大形貌断裂面裂纹尖端形貌断裂面裂纹尖端形貌25025032失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓原因分析：原因分析： 断裂螺栓材料出现断裂螺栓材料出现粗晶组织粗晶组织，使得螺栓冲击韧性和持久，使得螺栓冲击韧性和持久塑性降低，造成性能劣化，加之螺杆与内六方螺栓头的转角塑性降低，造成性能劣化，加之螺杆与内六方螺栓头的转角处处无倒角无倒角，致使在转角处产生明显应力集中。在使用时，因，致使在转角处产生明显应力集中。在使用时，因预紧力过大或承受冲击等原因，在有应力集中存在的螺杆与预紧力过大或承受冲击等原因，在有应力集中存在的螺杆与内六方螺栓

14、头的转角处产生沿晶裂纹而出现迅速的内六方螺栓头的转角处产生沿晶裂纹而出现迅速的脆性断裂脆性断裂。33失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓GH4145/SQGH4145/SQ合金螺栓断裂事故合金螺栓断裂事故GH4145 GH4145 合金主要是以合金主要是以“Ni3(Al“Ni3(Al、TiTi、Nb)Nb)相进行时效强化相进行时效强化的的镍基高温合金镍基高温合金，在，在980980以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，能，800800以下具有较高的强度，以下具有较高的强度，540540以下具有较好的耐松弛以下具有较好的耐松弛性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。但使

15、用中有较性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。但使用中有较强的环境敏感性。主要使用在上汽、哈汽产的强的环境敏感性。主要使用在上汽、哈汽产的300MW300MW机组。机组。化学成分：化学成分：34失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓目前，因目前，因GH4145/SQGH4145/SQ合金螺栓断裂引发的事故国内已发生几十起。合金螺栓断裂引发的事故国内已发生几十起。通过对已发生通过对已发生GH4145/SQGH4145/SQ螺栓断裂的机组进行统计，断裂比例最螺栓断裂的机组进行统计，断裂比例最高的是高压内缸定位螺栓，次之是中压内缸定位螺栓；断裂数量高的是高压内缸定位螺栓，次之是中压内缸定位螺栓；断裂

16、数量最多的是高压静叶持环双头螺栓，次之是高压内缸双头螺栓。最多的是高压静叶持环双头螺栓，次之是高压内缸双头螺栓。35失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓GH4145/SQGH4145/SQ螺栓常见断裂位置螺栓常见断裂位置1-1-螺纹与螺杆圆弧过渡处；螺纹与螺杆圆弧过渡处；2-2-定位凸台；定位凸台；3 3- -定位凸台与螺杆的圆弧过渡处。定位凸台与螺杆的圆弧过渡处。GH4145/SQGH4145/SQ螺栓断口形貌螺栓断口形貌36失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓GH4145/SQGH4145/SQ螺栓断口裂纹形貌（螺栓断口裂纹形貌（100100）37失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓机组类型：上

17、汽、哈汽生产的机组类型：上汽、哈汽生产的300MW300MW汽轮机组汽轮机组常见位置：高压内缸螺栓、中压内缸螺栓、高压静叶持环螺栓、常见位置：高压内缸螺栓、中压内缸螺栓、高压静叶持环螺栓、 高压平衡活塞螺栓高压平衡活塞螺栓失效形式：脆性断裂失效形式：脆性断裂断裂原因：蠕变脆性、时效脆性、环境敏感脆性及预应力高等断裂原因：蠕变脆性、时效脆性、环境敏感脆性及预应力高等 综合作用引起的沿晶断裂综合作用引起的沿晶断裂38失效分析失效分析 高温螺栓高温螺栓高温螺栓技术监督小结高温螺栓技术监督小结从上述事故可以看出，由于检修拆卸不当、加工制造不合从上述事故可以看出，由于检修拆卸不当、加工制造不合格及材质原

18、因都有可能引发螺栓开裂。在选材、拆卸、定格及材质原因都有可能引发螺栓开裂。在选材、拆卸、定期监督检验工作中应严格按照期监督检验工作中应严格按照DL/T439-2006DL/T439-2006火力发电厂火力发电厂高温紧固件技术导则高温紧固件技术导则要求执行。要求执行。39失效分析失效分析 汽缸汽缸 汽汽 缸缸汽缸作为汽轮机关键部件之一，一般采用铸钢材料。汽缸作为汽轮机关键部件之一，一般采用铸钢材料。 结构特点：汽缸截面厚度变化大结构特点：汽缸截面厚度变化大, ,进汽端形状复杂进汽端形状复杂, ,特别特别 是法兰处厚度非常大是法兰处厚度非常大运行环境：汽缸内外壁、法兰内外壁温差悬殊运行环境：汽缸内

19、外壁、法兰内外壁温差悬殊, , 热应力热应力 大大, , 温度变化产生热交变应力作用；同时温度变化产生热交变应力作用；同时, ,汽汽 缸内还承受蒸汽压力、静止部分的重力用缸内还承受蒸汽压力、静止部分的重力用常见问题：容易发生常见问题：容易发生变形变形和和开裂开裂40失效分析失效分析 汽缸汽缸600MW600MW机组高中压内缸变形机组高中压内缸变形汽缸变形汽缸变形41失效分析失效分析 汽缸汽缸造成汽缸变形的主要原因如下：造成汽缸变形的主要原因如下：1.1.运行中汽缸壁内外、法兰内外温差较大运行中汽缸壁内外、法兰内外温差较大, ,造成法兰结合面造成法兰结合面 漏汽漏汽; ;汽缸上、下温差过大导致动

20、静部分相摩擦或振动。汽缸上、下温差过大导致动静部分相摩擦或振动。2.2.汽缸去应力退火不当汽缸去应力退火不当, ,或运行中满水、水击等或运行中满水、水击等, ,都会引起都会引起 变形。变形。3.3.汽缸在高温下工作汽缸在高温下工作, ,各部分温度不同各部分温度不同, ,蠕变速度不一蠕变速度不一, ,从而从而 引起变形。引起变形。4.4.汽缸加工完后时效时间不够，残余应力较大，在运行过汽缸加工完后时效时间不够，残余应力较大，在运行过 程逐渐释放，导致缸体变形。程逐渐释放，导致缸体变形。42失效分析失效分析 汽缸汽缸汽缸开裂汽缸开裂300MW300MW机组高压内缸结合面裂纹机组高压内缸结合面裂纹6

21、00MW600MW机组高中压缸缸体裂纹机组高中压缸缸体裂纹43失效分析失效分析 汽缸汽缸造成汽缸开裂的主要原因如下：造成汽缸开裂的主要原因如下：1.1.汽缸长期在高温下运行汽缸长期在高温下运行, ,出现蠕变出现蠕变, ,脆性增加。脆性增加。2.2.冶金过程中铸件内部出现裂纹、白点、夹渣等冶金过程中铸件内部出现裂纹、白点、夹渣等, ,是是 造成蠕变裂纹和热疲劳裂纹的根源。造成蠕变裂纹和热疲劳裂纹的根源。3.3.热处理不当导致材料组织不均匀热处理不当导致材料组织不均匀, ,而使持久强度和而使持久强度和 持久塑性下降。持久塑性下降。4.4.长期高温运行使汽缸材料组织发生变化长期高温运行使汽缸材料组织

22、发生变化; ;运行中的运行中的 低频热应力和蠕变的联合作用更易出现裂纹。低频热应力和蠕变的联合作用更易出现裂纹。44失效分析失效分析 汽缸汽缸汽缸技术监督小结汽缸技术监督小结 省内新投产的机组中有很多汽缸在第一次大修时均发现有省内新投产的机组中有很多汽缸在第一次大修时均发现有不同程度的变形，主要是由于前几年机组上马较快，汽缸铸不同程度的变形，主要是由于前几年机组上马较快，汽缸铸造成型后时效形变时间不够，导致缸体运行过程残余应力逐造成型后时效形变时间不够，导致缸体运行过程残余应力逐渐释放引发缸体变形。渐释放引发缸体变形。监督重点：监督重点：缸体变形后蒸汽会对螺栓杆中部产生冲蚀，揭缸后缸体变形后蒸

23、汽会对螺栓杆中部产生冲蚀，揭缸后应重点检查缸体螺栓螺杆位置。对于出现裂纹的汽缸可采用彻应重点检查缸体螺栓螺杆位置。对于出现裂纹的汽缸可采用彻底挖除裂纹并进行补焊的方法加以消除。下次检修应加强对补底挖除裂纹并进行补焊的方法加以消除。下次检修应加强对补焊位置的无损检测。焊位置的无损检测。45失效分析失效分析 转子轴体转子轴体转子轴体转子轴体 转子在运行过程中要承受扭距和自重引起的弯应力、转子在运行过程中要承受扭距和自重引起的弯应力、温度梯度和温度变化的热应力、离心力、热套力、振动力温度梯度和温度变化的热应力、离心力、热套力、振动力和发电机短路力距和发电机短路力距, ,其工作条件十分恶劣。其工作条件

24、十分恶劣。 汽轮机转子轴体的金属事故主要是叶轮、主轴汽轮机转子轴体的金属事故主要是叶轮、主轴( (转子转子) )的变形及开裂。转子断裂将造成严重事故的变形及开裂。转子断裂将造成严重事故, ,应引起十分重视应引起十分重视断裂的起因是出现裂纹。转子发现第一条宏观裂纹断裂的起因是出现裂纹。转子发现第一条宏观裂纹, ,在大型在大型汽轮机中往往作为汽轮机工作寿命结束的标志。汽轮机中往往作为汽轮机工作寿命结束的标志。46失效分析失效分析 转子轴体转子轴体叶轮严重磨损叶轮严重磨损47失效分析失效分析 转子轴体转子轴体转子产生裂纹的主要原因如下：转子产生裂纹的主要原因如下：1.在热交变应力(低频热应力)和蠕变

25、联合作用下出现裂纹;2.截面交界处过渡圆角偏小、存在刀痕等原因会导致机械应力或 热应力集中,在交变应力作用下产生裂纹;3.材质不良,存在严重冶金缺陷而导致裂纹产生;4.运行不当而引起损坏。如启、停机,变负荷等情况下,温度变化 率及温度变化量过大,引起热应力过大等。48失效分析失效分析 叶片叶片汽轮机叶片汽轮机叶片汽轮机转子叶片作为高速转动部件，是机组的关键部件之一。汽轮机转子叶片作为高速转动部件，是机组的关键部件之一。汽轮机动叶片又称为工作叶片，主要起传递动力的作用。汽轮机动叶片又称为工作叶片，主要起传递动力的作用。49失效分析失效分析 叶片叶片汽轮机叶片的损坏形式主要是汽轮机叶片的损坏形式主

26、要是疲劳断裂。根据叶片的断裂或疲劳断裂。根据叶片的断裂或损伤的部位可分为三种类型：损伤的部位可分为三种类型：1. 叶冠或叶顶失效。叶冠或叶顶失效。2. 叶身断裂失效；叶身断裂失效；3. 叶根断裂失效；叶根断裂失效；50失效分析失效分析 叶片叶片叶身裂纹、断裂叶身裂纹、断裂51失效分析失效分析 叶片叶片叶根裂纹、断裂叶根裂纹、断裂52失效分析失效分析 叶片叶片击伤叶片击伤叶片53失效分析失效分析 叶片叶片拉金断裂拉金断裂54失效分析失效分析 叶片叶片 通过上面的图片我们可以看出，一旦发生叶片断裂，将导通过上面的图片我们可以看出，一旦发生叶片断裂，将导致整级叶片全部受损，由此带来的设备更换费用及机

27、组停运产致整级叶片全部受损，由此带来的设备更换费用及机组停运产生的经济损失是难以估量的。生的经济损失是难以估量的。 因此，作为技术监督人员，要了解叶片的运行特性，分析因此，作为技术监督人员，要了解叶片的运行特性，分析导致叶片断裂的原因，重点开展有针对性的检验工作，及时发导致叶片断裂的原因，重点开展有针对性的检验工作，及时发现安全隐患，做到防患于未然，从而保障设备的长期安全稳定现安全隐患，做到防患于未然，从而保障设备的长期安全稳定运行。运行。55失效分析失效分析 叶片叶片汽轮机末级叶片的损坏形式主要是疲劳断裂。汽轮机末级叶片的损坏形式主要是疲劳断裂。按照叶片断裂的性质可分为六种：按照叶片断裂的性

28、质可分为六种：1 1、短期超载疲劳损坏、短期超载疲劳损坏2 2、长期疲劳损坏、长期疲劳损坏3 3、高温疲劳损坏、高温疲劳损坏4 4、应力疲劳损坏、应力疲劳损坏5 5、腐蚀疲劳损坏、腐蚀疲劳损坏6 6、接触疲劳损坏等。、接触疲劳损坏等。56失效分析失效分析 叶片叶片 短期超载疲劳损坏短期超载疲劳损坏 这种损坏是指叶片受到外加较大应力或受到较大激振力这种损坏是指叶片受到外加较大应力或受到较大激振力, ,而振而振动次数低于动次数低于107107次就发生断裂的机械疲劳损坏。如叶片受到水击而次就发生断裂的机械疲劳损坏。如叶片受到水击而承受较大的应力承受较大的应力, ,或因转子不平引起振动及安装不良存在周

29、期力等或因转子不平引起振动及安装不良存在周期力等较大的低频激振力较大的低频激振力, ,当这些力引起叶片共振时当这些力引起叶片共振时, ,叶片会很快断裂。叶片会很快断裂。 叶片短期超载疲劳损坏的宏观特征为叶片短期超载疲劳损坏的宏观特征为: :断面粗糙断面粗糙, ,疲劳前沿线疲劳前沿线( (即贝壳纹即贝壳纹) )不明显不明显, ,断面上疲劳区面积小于最终静撕断区面积断面上疲劳区面积小于最终静撕断区面积; ;经受经受水击而损坏的叶片的断面呈水击而损坏的叶片的断面呈 人人 字形纹络特征。字形纹络特征。 防止短期超载疲劳损坏的主要方法是防止短期超载疲劳损坏的主要方法是: :防止水击防止水击, ,作好消除

30、低频作好消除低频共振的调频及在正常周波下运行。共振的调频及在正常周波下运行。57失效分析失效分析 叶片叶片长期疲劳损坏长期疲劳损坏 长期疲劳损坏是指叶片运行中承受低于疲劳强度极限而应力循长期疲劳损坏是指叶片运行中承受低于疲劳强度极限而应力循环次数又远高于环次数又远高于107107次发生的一种机械疲劳损坏。次发生的一种机械疲劳损坏。 造成长期疲劳损坏的原因有造成长期疲劳损坏的原因有: :叶片或叶片组在高频激振力作用叶片或叶片组在高频激振力作用下引起的共振损坏下引起的共振损坏; ;叶片表面缺陷处出现局部应力集中而发生的疲叶片表面缺陷处出现局部应力集中而发生的疲劳损坏劳损坏; ;低频率运行、超负荷运

31、行使某些级的叶片应力升高导致提低频率运行、超负荷运行使某些级的叶片应力升高导致提早损坏等等。长期疲劳损坏在电厂叶片断裂事故中最为常见。早损坏等等。长期疲劳损坏在电厂叶片断裂事故中最为常见。 防止长期疲劳损坏的办法是防止长期疲劳损坏的办法是: :按规定避开高频激振力共振范围按规定避开高频激振力共振范围, ,提高叶片加工质量和改善运行条件。如防止低周波、超负荷运行提高叶片加工质量和改善运行条件。如防止低周波、超负荷运行, ,防止腐蚀和水击等。防止腐蚀和水击等。58失效分析失效分析 叶片叶片高温疲劳损坏高温疲劳损坏 高温疲劳损坏是指由蠕变和疲劳共同作用所形成的介于静应高温疲劳损坏是指由蠕变和疲劳共同

32、作用所形成的介于静应力产生的蠕变和动应力产生的疲劳之间的一种损坏形式。裂纹源力产生的蠕变和动应力产生的疲劳之间的一种损坏形式。裂纹源部位呈蠕变现象部位呈蠕变现象, ,断裂性质为持久断裂和疲劳断裂的组合断裂性质为持久断裂和疲劳断裂的组合, ,而且往而且往往伴随着材料组织的变化。往伴随着材料组织的变化。 高温疲劳损坏裂纹基本上是穿晶的高温疲劳损坏裂纹基本上是穿晶的, ,断口宏观貌有贝壳花纹断口宏观貌有贝壳花纹, ,断口微观貌有较厚的氧化皮。断口微观貌有较厚的氧化皮。 高温疲劳损坏发生在高压缸前几级叶片、中间再热式汽轮机高温疲劳损坏发生在高压缸前几级叶片、中间再热式汽轮机中压缸前几级叶片以及中压汽轮

33、机的调速级叶片。中压缸前几级叶片以及中压汽轮机的调速级叶片。 防止高温疲劳损坏的措施防止高温疲劳损坏的措施: :选用高温性能好的金属来制造处选用高温性能好的金属来制造处于高温下工作的叶片于高温下工作的叶片, ,防止叶片共振防止叶片共振, ,防止叶片径向和轴向相摩擦。防止叶片径向和轴向相摩擦。59失效分析失效分析 叶片叶片应力腐蚀损坏应力腐蚀损坏 产生应力腐蚀的主要原因是产生应力腐蚀的主要原因是: :首先首先, ,金属晶界偏析金属晶界偏析, ,析出碳化析出碳化物物, ,出现贫铬区出现贫铬区, ,使晶界腐蚀使晶界腐蚀; ;其次其次, ,应力作用应力作用; ;然后然后, ,高浓度盐的高浓度盐的腐蚀。

34、应力腐蚀主要发生在腐蚀。应力腐蚀主要发生在2Cr132Cr13钢制造的末级叶片上。其断口钢制造的末级叶片上。其断口形貌呈颗粒状形貌呈颗粒状, ,微观形态是沿晶界裂纹微观形态是沿晶界裂纹, ,断面上有滑移台阶断面上有滑移台阶, ,并有并有细小腐蚀坑。细小腐蚀坑。 防止叶片应力腐蚀损坏的主要措施是防止叶片应力腐蚀损坏的主要措施是: :改善汽水品质、提高改善汽水品质、提高叶片材质、降低叶片动应力等。叶片材质、降低叶片动应力等。60失效分析失效分析 叶片叶片腐蚀疲劳损坏腐蚀疲劳损坏 腐蚀疲劳损坏是叶片在腐蚀介质中受交变应力作用而引腐蚀疲劳损坏是叶片在腐蚀介质中受交变应力作用而引起的疲劳损坏。如损坏是以

35、机械疲劳为主起的疲劳损坏。如损坏是以机械疲劳为主, ,则裂纹发展迅速则裂纹发展迅速, ,裂纹为穿晶型裂纹为穿晶型; ;如损坏是以应力腐蚀为主如损坏是以应力腐蚀为主, ,则裂纹发展较慢则裂纹发展较慢, ,裂裂纹主要是沿晶型。纹主要是沿晶型。 防止腐蚀疲劳损坏的主要措施是防止腐蚀疲劳损坏的主要措施是: :提高叶片材质耐腐蚀性提高叶片材质耐腐蚀性; ;降低交变应力水平降低交变应力水平; ;改善汽水品质。改善汽水品质。61失效分析失效分析 叶片叶片接触疲劳损坏接触疲劳损坏 接触疲劳损坏是由于叶片根部松动接触疲劳损坏是由于叶片根部松动, ,叶根参加振动叶根参加振动, ,使叶根使叶根之间或叶片与叶轮机接触

36、面产生往复微量相对摩擦运动而造成之间或叶片与叶轮机接触面产生往复微量相对摩擦运动而造成的一种机械损坏。的一种机械损坏。 由于摩擦表面材料晶体滑移和硬化由于摩擦表面材料晶体滑移和硬化, ,使硬化区内产生许多平使硬化区内产生许多平行的显微裂纹行的显微裂纹, ,并不断扩展并不断扩展, ,从而引起疲劳断裂。从而引起疲劳断裂。 摩擦裂纹和摩擦硬化现象同时并存是接触疲劳损坏的主要摩擦裂纹和摩擦硬化现象同时并存是接触疲劳损坏的主要基本特征。摩擦硬化和摩擦裂纹仅存于接触部位表面。基本特征。摩擦硬化和摩擦裂纹仅存于接触部位表面。 防止接触疲劳的主要措施是防止接触疲劳的主要措施是: :改善叶片接触面的紧贴程度改善

37、叶片接触面的紧贴程度, ,增加接触面积以防止接触点接触的应力集中增加接触面积以防止接触点接触的应力集中, ,消除或减弱调频叶消除或减弱调频叶片的振动力。片的振动力。62失效分析失效分析 叶片叶片汽轮机叶片技术监督小结汽轮机叶片技术监督小结通过上述分析，防止疲劳损伤、提高末级叶片可靠性的措施总结如下：通过上述分析，防止疲劳损伤、提高末级叶片可靠性的措施总结如下：1、提高材料的抗疲劳性能、提高材料的抗疲劳性能2、严格控制蒸汽的化学品质、严格控制蒸汽的化学品质3、改进叶片的结构设计、改进叶片的结构设计4、采用合理的装配工艺、采用合理的装配工艺在机组检修期间，应把末级叶片作为每次检修的重点项目。对高中

38、在机组检修期间，应把末级叶片作为每次检修的重点项目。对高中压转子末级叶片、叶根和低压转子末压转子末级叶片、叶根和低压转子末1-31-3级叶片、叶根进行级叶片、叶根进行100%100%的的检验，并对同类机组叶片断裂多发区域和锁紧叶片销钉孔位置，尽检验，并对同类机组叶片断裂多发区域和锁紧叶片销钉孔位置，尽可能采用多种无损探伤手段，进行重点监督检验。可能采用多种无损探伤手段，进行重点监督检验。63失效分析失效分析 静叶隔板静叶隔板静叶隔板静叶隔板汽轮机隔板静叶片又称为导向叶片，主要起导向流体的作汽轮机隔板静叶片又称为导向叶片，主要起导向流体的作用。近年来，国内外汽轮机末级隔板制作室，隔板与静叶用。近

39、年来，国内外汽轮机末级隔板制作室，隔板与静叶均采用焊接固定，而焊缝的焊接质量直接影响隔板强度和均采用焊接固定，而焊缝的焊接质量直接影响隔板强度和刚度，即直接影响汽轮机运行的安全性。刚度，即直接影响汽轮机运行的安全性。组成：主要由隔板体、静叶片和隔板外缘。组成：主要由隔板体、静叶片和隔板外缘。常见的缺陷：隔板焊缝开裂、静叶裂纹。常见的缺陷：隔板焊缝开裂、静叶裂纹。64失效分析失效分析 静叶隔板静叶隔板静叶脱落、焊缝裂纹静叶脱落、焊缝裂纹65失效分析失效分析 静叶隔板静叶隔板静叶表面开裂静叶表面开裂66失效分析失效分析 静叶隔板静叶隔板 静叶隔板是汽轮机最重要部件之一，一旦发生事故将会给电静叶隔板

40、是汽轮机最重要部件之一，一旦发生事故将会给电厂造成重大经济损失。加强设备制造质量监督检验，严格控制厂造成重大经济损失。加强设备制造质量监督检验，严格控制原始缺陷的产生，从源头上控制此类缺陷的产生是解决此类问原始缺陷的产生，从源头上控制此类缺陷的产生是解决此类问题的根本途径。在检修过程中对静叶隔板焊缝进行监督检验，题的根本途径。在检修过程中对静叶隔板焊缝进行监督检验，避免同类事故发生。避免同类事故发生。静叶隔板技术监督小结静叶隔板技术监督小结67失效分析失效分析 轴瓦轴瓦轴轴 瓦瓦轴瓦的主要作用是：承载轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、轴瓦的主要作用是：承载轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、使轴

41、承平稳地工作并减少轴承的摩擦损失。使轴承平稳地工作并减少轴承的摩擦损失。轴瓦分为轴向推力瓦和径向瓦，径向瓦起到支撑转子和转动部分轴瓦分为轴向推力瓦和径向瓦，径向瓦起到支撑转子和转动部分的作用，推力瓦承担轴向定位和轴向推力的作用，是重要的静止的作用，推力瓦承担轴向定位和轴向推力的作用，是重要的静止部件。部件。68失效分析失效分析 轴瓦轴瓦脱胎、裂纹脱胎、裂纹69失效分析失效分析 轴瓦轴瓦原因分析：原因分析：轴瓦损坏主要原因概括来说有三点：轴瓦损坏主要原因概括来说有三点：1、轴瓦表面钨金浇注时质量不过关，特别是小作坊类厂家生产的轴瓦。、轴瓦表面钨金浇注时质量不过关，特别是小作坊类厂家生产的轴瓦。2

42、、汽轮机在正常运行或启停过程中，由于轴承润滑油突然中断或油品、汽轮机在正常运行或启停过程中，由于轴承润滑油突然中断或油品 质恶化，使轴承油膜无法建立或破坏，导致轴瓦损坏。质恶化，使轴承油膜无法建立或破坏，导致轴瓦损坏。3、汽轮机在正常运行或启停过程中，由于轴承内有杂物、轴系中心偏、汽轮机在正常运行或启停过程中，由于轴承内有杂物、轴系中心偏 移等原因引起转轴与轴瓦之间产生动静摩擦，造成轴瓦损坏。移等原因引起转轴与轴瓦之间产生动静摩擦，造成轴瓦损坏。70失效分析失效分析 主汽管道主汽管道主蒸汽管道主蒸汽管道 主蒸汽管道是火力发电厂热力设备的重要高温高压部件，具主蒸汽管道是火力发电厂热力设备的重要高

43、温高压部件，具有输送工质流量大、参数高、管道长且要求金属材料质量高的特有输送工质流量大、参数高、管道长且要求金属材料质量高的特点。对发电厂运行的安全、可靠、经济性影响很大。点。对发电厂运行的安全、可靠、经济性影响很大。 在长期高温及高应力的作用下，将会逐渐导致材质的老化在长期高温及高应力的作用下，将会逐渐导致材质的老化和性能的下降，特别在弯头和焊缝等部位产生早期蠕变损伤和和性能的下降，特别在弯头和焊缝等部位产生早期蠕变损伤和裂纹。同时，管道支吊架因安装、改造、长期运行等原因造成裂纹。同时，管道支吊架因安装、改造、长期运行等原因造成的损坏、失载和超载，将引起管道局部应力的增加，从而加速的损坏、失

44、载和超载，将引起管道局部应力的增加，从而加速蒸汽管道的老化速度和蠕变损伤速度。蒸汽管道的老化速度和蠕变损伤速度。71失效分析失效分析 主汽管道主汽管道对接焊缝裂纹对接焊缝裂纹165WM机组主汽管道对接焊缝裂纹缺陷机组主汽管道对接焊缝裂纹缺陷72失效分析失效分析 主汽管道主汽管道母材组织母材组织 250X焊缝组织焊缝组织 250X73原因分析：原因分析：失效分析失效分析 主汽管道主汽管道管道设计材质为管道设计材质为15Cr1Mo1V 15Cr1Mo1V ，压力，压力13.73MPa13.73MPa，温度，温度56056055。主蒸汽管道实际运行温度为主蒸汽管道实际运行温度为560560。硬度和金相检验表明，管道发生了材质劣化和组织老化现象，硬度和金相检验表明，管道发生了材质劣化和组织老化现象， 对焊缝裂纹分析认为其呈沿晶开裂的特征，周围有微裂纹及尺对焊缝裂纹分析认为其呈沿晶开裂的特征，周围有微裂纹及尺寸较大的蠕变孔洞，表明其开裂性质为蠕变开裂，由此推断与寸较大的蠕变孔洞，表明其开裂性质为蠕变开裂，由此推断与局部运行温度高，温度与材料强度不匹配，局部应力大有关。局部运行温度高，温度与材料强度不匹配