汽轮机高压转子轴颈检测及处理

　　汽轮机高压转子如发生断油烧瓦事故,不但会引起整个机组被迫停运,还可能引发设备损坏,造成严重经济损失。因此检测汽轮机高压转子尤显重要,正确的检测手段及成因分析能够为电厂快速处理事故、恢复生产提供有力保障。

　　1　实例概述

　　江苏某发电有限公司3号汽轮机是应用三菱技术生产的亚临界压力135 MW凝汽式汽轮机,已投运时间约5 000 h,转子大轴材质为30Cr1Mo1V,轴颈直径为360 mm。

　　该汽轮机高压转子发生断油烧瓦事故,停运后开机检查,发现转子轴颈有磨损现象,在轴颈的表面自低压侧向高压侧出现四道明显的环形划伤带(图1)。经测量,四条划伤带所在的轴向位置与轴瓦瓦体的燕尾梁所在位置相吻合。由于轴颈与瓦体存在偏心碰磨,所以轴颈表面未被整圈划伤,各划伤带的长度和周向位置也各不相同。

　　2　事故诊断分析

　　对划伤带分别进行渗透、磁粉和超声表面波检测,同时进行金相分析、硬度检测和裂纹深度测量,根据检测结果对事故成因进行分析。

　　2.1　无损检测

　　表面渗透探伤显示在划伤带区域存在大量裂纹,主要为轴向裂纹。进一步对该区域进行磁粉探伤,裂纹的磁痕显示更为明显(图2)。裂纹区域中有两条轴向裂纹和一条周向裂纹相连,呈“Z”字形,极为危险。

　　超声表面波检测在裂纹缺陷处也有缺陷波出现,具有一定检测能力,但受检测条件限制,检测不便,可作为辅助检测手段。

　　2.2　金相分析

　　在轴颈划伤带处进行了金相分析试验,结果组织正常,为回火索氏体,在高倍显微镜下表面裂纹清晰可见,基本排除转子轴颈因断油烧瓦和摩擦使局部温度升高,导致轴颈材料发生局部组织变化产生裂纹的可能性。

　　2.3　硬度检测

　　为分析裂纹成因是否为转子因断油烧瓦后轴颈与轴瓦瓦体的燕尾梁摩擦,在温度升高的情况下轴颈摩擦部位(即划伤带)表面局部发生硬化变脆,导致裂纹产生,笔者对轴颈划伤带进行了硬度检测诊断。硬度检测显示,未划伤区域的硬度值正常,平均值在250HB左右,划伤带区域的硬度值异常,裂纹区域硬度值明显超过正常值200HB以上,最大值达到了551HB,超过了正常值一倍左右。

　　2.4　裂纹长度和深度测量

　　采用钢直尺和裂纹测深仪测得多数裂纹长度在10 mm左右,最大长度为21 mm;多数深度在0.1~0.3 mm,最大深度约为0.7 mm。

　　3　缺陷处理和成因分析

　　3.1　缺陷处理

　　根据上述分析,基本认定裂纹是由轴颈划伤带表面硬化所致,由此有两种处理方法可供选择,一是在现场能够保证同轴度的前提下对轴颈上裂纹缺陷进行打磨消除后继续使用;二是返回制造厂进行整体修复处理。第一套方案可缩短工期,避免电厂的经济损失,且根据当时裂纹长度和深度的测量结果,初步判断裂纹均为表面裂纹。电厂专程邀请专业处理大轴缺陷的检修公司对轴颈裂纹缺陷进行打磨消除。但在处理刚进行时,发现在打磨工具接触轴颈表面时,轴颈表面裂纹在长度和深度方向上均发生扩展(图3),使得处理工作无法进一步进行。至此,第一套方案已无法进行。最终,电厂决定送返制造厂进行修复处理。在制造厂用车刀对轴颈裂纹处进行车除时,裂纹仍不断扩展,在最终裂纹彻底消除时,其车除最大厚度达5 mm左右。