汽轮机转子事故案例及原因分析李益民1,杨百勋1,史志刚1,宋永胜2,韩宏才3,郭辉4(1西安热工研究院有限公司,西安710032;2西固热电有限责任公司,兰州7300603;3150发电厂,河北涉县056400;4红雁池发电厂,乌鲁木齐830047)摘要:介绍了国内外汽轮机转子本体断裂与开裂的事故案例,分析了转子开裂原因及处理措施,提出了汽轮机转子的安全运行措施建议。文章编号:100125884(2007)0120066204分类号:TK267文献标识码:BAccidantsCasesandReasonsAnalysisofTurbineRotorsLIYi2min1,YANGBai2xun1,SHIZhi2gang1,SONGYong2sheng2,HANHong2cai3,GUOHui4(1Xi’anThermalPowerResearchInstituteCo.Ltd,Xi’an710032,China;2XiguThermalPowerCo.,Ltd.,Lanzhou730060,China;3150Powereasonoffractureandcracksofrotorshavebeenanalysed.posalsofturbinerotors.Keywords:turbinerotors;accidantscasesThepaperhasputforwardthesafeoperationmeasuresandpro2一些典型案例。1.1国外汽轮机转子断裂事故在国外汽轮机转子断裂案例中,美国TVAGallatin电站2号机低压转子的断裂较为典型。2号机额定功率225MW,主汽门前的温度和压力分别为565℃和14MPa。机组在1974年6月19日冷态启动时中低压转子断裂(该处温度约为427℃),随即分裂为30块碎片,转子材料为Cr-Mo-V钢。该机组1957年5月投运,至1974年6月累计运行106000h,冷态启停105次,热态启停183次。失效分析表明:(1)转子材料存在着明显的成分偏析、硫化物夹杂和冶金缺陷,裂纹起始于中压转子第7级近中心孔的两个椭圆形冶金缺陷处。一个长、短轴为140mm和6.4mm,椭圆缺陷的形心距中心内孔表面17.8mm;另一个长、短轴为82mm和6.4mm,椭圆缺陷的形心距中心内孔表面61mm(当时尚未有真空除气冶炼工艺)。(2)转子在服役条件下,由于疲劳和蠕变交互作用,在夹杂物缺陷处产生裂纹,继而扩展至断裂。对该转子的断裂,曾分别用纯疲劳或纯蠕变损伤模型进行分析,其损伤分数均0前言汽轮机转子是火电机组的关键部件,在高压转子的调节级及前3级压力级的变截面处及邻近的弹性槽部位,由于机组启、停过程中的机械应力和热应力会导致应力、应变的集中,产生疲劳损伤,特别对调峰机组来说更为严重。另一方面,机组在稳态运行工况下的离心力会使转子在高温下遭受蠕变损伤。在疲劳-蠕变长期交互作用下转子材料组织和性能会逐渐劣化而导致失效,甚而发生灾难性事故。自20年代起,世界各国汽轮机转子断裂恶性事故就有20多起,其中较典型的是美国TVAGallatin电站2号机在1974年6月冷态启动时中低压转子断裂。国内也有几例转子的断轴事故。例如:秦岭发电厂5号机、阜新发电厂1号机、中孚公司6号机。近几年来,由于50MW机组多参与调峰运行,有多台机组的高压转子调节级前凹槽和前轴封弹性槽先后出现严重的整圈裂纹,例如:分宜电厂6号机、新疆红雁池电厂51汽轮机转子断裂事故案例及原因分析国内外汽轮机转子的断裂事故多有发生,本文列出其中收稿日期:2006203223作者简介:李益民(19512),男,陕西西安人,教授级高级工程师。长期从事电站金属疲劳、断裂力学研究和部件寿命评估。第1期李益民等:汽轮机转子事故案例及原因分析67国外几例典型汽轮机转子断裂事故[1]表1(h)汽轮机,额定功率为50MW。机组于1996年3月9日,在无任何先兆情况下发电机失磁甩负荷引起轴系断裂为9段,共8个断裂面,其中4处为轴系本体断裂。该机组1995年10月投运,至1996年3月9日累计运行3349h。失效分析表明:(1)轴系启裂位于汽轮机转子16级叶轮之后的汽封后根部本体(见图1),该处轴径尺寸为<380mm,转子材料为30Cr1Mo1V钢锻件。(2)启裂断面处材料有明显的冶金缺陷(见图2)。(3)机组运行中启停较频繁引起缺陷的疲劳扩展,甩负荷导致轴系大的振动和应力引起轴系的断裂。图1轴系断裂的形貌2汽轮机转子开裂事故案例及原因分析图2裂纹启裂断面处材料的冶金缺陷近几年来,由于机组调峰较为频繁,有多台机组的高、中压转子调节级前凹槽和前轴封弹性槽先后出现严重的整圈裂纹。2.1红雁池第一发电厂5号、7号、8号转子裂纹5号、7号、8号机组的基本信息见表2。5号机组1981年投运,2000年大修发现转子调节级及前轴封和邻近压力级有裂纹。裂纹沿圆周表面,具体尺寸见图3和表3。7号、8号...