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1、汽轮机隔板静叶的失效分析及超声相控阵检测,某电厂汽轮机隔板静叶断裂概述及原因分析,机组参数,哈尔滨汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、间接空冷凝汽式汽轮机，汽轮机设计额定功率为600MW，最大连续出力为640.5MW，型号为NJK600-16.7/538/538-1型，主蒸汽温度538，压力16.67MPa，再热蒸汽温度538，压力3.206MPa，其中高中压缸为日本东芝公司生产，哈尔滨汽轮机厂组装。,静叶隔板通过下列方式进行装配。 静叶插入到内外侧壁的孔中，通过角焊进行固定。然后将静叶与外环和内环进行焊接。,事故综述,某电厂#7、#8两台亚临界600MW汽轮机，相继发生断叶
2、事故：中压缸进汽第一级隔板的静叶片、转子第一级动叶片全部断裂；第二、三级隔板的静叶片和动叶有不同程度损坏 。,#7机中压第一级隔板的外环和内环 静叶片整体脱落，边墙较完整，内环侧面存在明显损伤,磨损的第一级转子及动叶片叶根,某个断裂静叶的正反面宏观形貌 静叶片的正面表层有镀层脱落，静叶片在与外环和内环结构焊的位置断裂；叶片有被击打的痕迹，内环出汽侧已被击打磨掉一部分,断口宏观形貌分析,静叶片内外环断口宏观形貌,从断面可以看出，周围存在一圈角焊接，焊道形貌完整。静叶的进汽侧和出汽侧存在局部焊接结构，中间区域未进行焊接；内环和外环侧断口均呈脆性，断口进汽侧焊接区域与未焊接区域表面有氧化现象，出汽侧
3、断面的氧化略显轻微。断面上进汽侧可见明显的焊道，并在焊道之间形成台阶，层次清晰。出汽侧断口可见撕裂的痕迹，有被撞击、磨擦变形现象，虽变形严重，其焊道痕迹仍可见；每个焊道中间有凹凸不平，呈液体流动的流线状。,焊道中间波纹,化学成分分析,根据日本东芝公司提供的叶片材质为K9A62C，其元素含量对应于我国的2Cr11NiMoNbVN；本次试验在损坏的静叶片基材及焊缝熔池上取样，化学成分定量分析的结果基材与K9A62C符合；焊缝熔池碳含量较正常焊接材料偏高。,X 荧光光谱仪现场检测结果,金相试验,在静叶片的不同部位和截面分别取金相试样进行观察，可看到：静叶片的基体组织晶粒度严重不均匀，夹杂物很多；叶片
4、背弧处有镀层，镀层与机体结合欠牢固；叶片与边墙角焊缝金相组织为粗大的板条状回火马氏体,在断口纵断面的金相试样上可见：断裂沿焊缝熔合线扩展，只有极少数区域可见焊缝金属；断口和未焊区表面均有氧化皮，未焊接区域氧化皮较薄；抛光试样上可见在焊缝氧化皮下有一层类似针状相的条状区域，此区域还可见小裂纹，能谱分析，该区颗粒状物质含Cr、Mn、O较高；未焊区氧化层下无此区域；这层区域应是与焊接过程有关。,断裂沿熔合线,氧化层下条状区域,扫描电镜及能谱分析,选择外环侧叶片断口进行扫描电镜分析。 从电镜试验的结果看断裂是脆性的，呈现沿晶、穿晶断裂特征，断口存在较多的二次裂纹；断口表面覆盖着一层氧化皮，表明该断裂发
5、生时间已较长。,分析,从动叶根部损坏情况看，大面积的损环是内环摩擦动叶根造成的。此时，对动叶根而言，内环起到了摩擦刹车的作用；对内环而言，动叶带他一起旋转，起到了拉扯的作用。静叶片受到由内环传来的撕扯力而脱落，进而造成最终的大面积损坏。 该级隔板外环是定位端，内环是自由端，二者靠静叶连接，所以在内、外环间应该没有外力，造成隔板失稳的只可能是内应力。而隔板为三种异种钢相互焊接的组合体，其中静叶与边墙化学成分较为接近，其角焊缝焊材成分也与母材接近，相互结合较好；而静叶与内外环母材成分差异较大，对焊接工艺及控制要求较高，若控制不好，内应力是很大的；本次事故断裂就发生在此区域。 对静叶的断裂原因分析表
6、明，静叶片在与外环和内环结构焊的位置断裂；断口呈脆性，裂纹沿焊缝熔合线扩展。开裂区域表面氧化严重，表明已开裂较长时间，系焊缝早期开裂，逐渐扩展所致。未焊接区域的氧化皮较焊缝处开裂的氧化皮薄，这是由于叶片材料含Cr量远高于焊缝金属，其抗氧行化性能优于后者。,结论,该中压缸叶片大量断裂是由于第一级静叶与隔板的结构焊焊缝处出现微裂纹，裂纹缓慢扩展、静叶片脱落，使隔板失稳；隔板内环向出气侧位移，与第一级动叶叶根发生摩擦，把第一级动叶片全部损坏脱落；波及其他级动静叶片的损坏。,附：东芝对隔板的应力解析,各设备的中压初级喷嘴板形状比较,喷嘴板应力比的比较（东芝的设计工具计算结果）,超声相控阵检测,综述,运
7、城电厂#1、#2机组汽轮机与阳城电厂#7、#8机组汽轮机参数一样，高中压缸同样为日本东芝公司生产，哈尔滨汽轮机厂组装。由于阳城电厂发生中压静叶断裂事故，运城电厂在#2机组C修 和#1机组A修期间对中压隔板进行了委托检验。下面所述为#1机的检测结果。,检测仪器及参数,采用的设备为ISONIC 2009 UPA Scope相控阵检测仪、32晶片相控阵探头和36斜楔块。将探头放置在叶身进汽侧靠近围带（边墙）的内外弧部位使用扇形扫查进行检测。,检测位置及对比示意图,观察静叶断裂面，可见进汽侧有明显的焊道，并在焊道之间形成台阶，层次清晰。由于断裂面并非光滑平面，可利用相控阵对其进行扇扫，通过断裂面的回波
8、图像与阳城断裂叶片的图像进行对比来判定缺陷。,进汽侧焊接区,如上图所示，将探头放置在叶身进汽侧靠近围带（边墙）的内弧部位使用扇形扫查进行检测，如果图示焊接区无缺陷，则无回波；当该区存在缺陷（如上图中所示断裂面），就会形成回波，扇形扫查图像上会显示该断裂面的回波图像。,上图为扫查电厂断裂叶片进气侧焊接断裂区时，相应的相控阵扇型扫查图像。,现场检测照片,运城#1机中压静叶相控阵检测结果编号说明：上隔板叶片编号从右往左，下隔板叶片编号从左往右,部分相控阵检测扇扫图,阳城中压一级静叶断裂面检测信号 运城中压一级上#20叶片（无缺陷）,中压1级隔板上,#1 #23,#2 #3,中压1级隔板上,#9 #1
9、4,#22 #10,中压1级隔板下,#1（外环侧） #1（内环侧）,#23（外环侧） #23（内环侧）,中压1级隔板下,#22 #2,#5 #17,中压2级隔板上,#1 #2,#10 #11,中压2级隔板上,#12 #13,中压2级隔板下,#1 #21,中压3级隔板下,#21 #22,#23（外环侧） #23（内环侧）,中压5级隔板上,#1 #25,中压5级隔板下,#10 #24,中压6级隔板上,#1 #2,中压一级隔板变形量测量结果说明,#1机中压第一级隔板变形量较大的点均集中于水平中分面上下，与相控阵检测结果相符。 #2机中压第一级隔板变形量较大的点亦均集中于水平中分面上下，相控阵检测发现有一个静叶存在明显的回波信号，该静叶位于下隔板右侧中分面。 #1机组的变形量明显大于#2机组，相控阵检测结果也显示#1机组的缺陷比#2机组的严重。,运城#1机组隔板处理情况,中压第一级隔板更换，重新设计，叶片为全焊透解构，改变叶型，增加叶片数，由46改为60片。 中压第二级隔板修复，保留旧的隔板体、围带和叶片，挖开主焊缝，重新焊接，改为全焊透结构。 其余发现缺陷的几级采取叶片角焊缝加固的方式。,谢 谢！,