300 MW亚临界机组高中压转子开裂失效分析

李海生

(大唐武安发电有限公司,河北 邯郸 056303)

1 概述

某电厂300 MW亚临界机组汽轮机为上海汽轮机厂在引进吸收、消化西屋技术上生产的CZK300-16.67/0.4(0.343)/538/538型中间再热空冷抽汽凝汽式汽轮机,高中压部分采用合缸反流结构,高中压转子为单轴国产整体锻件无中心孔合金(30Cr1Mo1V)转子。高压部分由一级单列冲动式调节级和十一级反动式压力级组成。机组运行过程中负荷发生变化时,介质通过调速级后,介质温度变化较大且蒸汽温度随负荷的变化而变化[1]。从而在第一压力级处温度梯度大,产生的热应力也较大。在设计时为了避免过大的热应力对转子的损伤,在调速级后、压力级第一级前设计一条宽38 mm、深66 mm应力释放槽,为转子本体的最薄弱处。

2019年7月机组检修启动后,1号轴瓦和2号轴瓦轴振振幅一直增加,且振幅对主蒸汽温度变化敏感,同时二倍频振动随之增大,初步判断转子存在裂纹,申请停机检修。揭缸后对高中压转子进行表面检验和超声波检测,发现应力释放槽底部存在裂纹(见图1),环向裂纹长度1 573 mm,约占转子周长的4/5,最大深度194 mm。机组于2012年11月投产,截止到本次发现裂纹缺陷,累计运行时间为45 490 h。

图1 应力释放槽底部裂纹

为了分析失效原因,解剖后通过断口分析、理化性能试验、结构尺寸实测和应力模似计算等工作,分别从材料、结构、应力水平等方面分析造成转子早期失效的原因。

2 理化性能试验

2.1 断口分析

对断口解剖后,通过对开裂部位宏观断口分析及显微镜观察分析判定裂纹的性质。……