|
|
|
|
|
|
|
Опыт проведения металлографического контроля металла вала ротора генератора после аварии
8 апреля 2016
Едачёв Г.М.
Арсентьев Ю.П. ООО «Тестэнергогаз», Безбородов С.М. Чесалкин А.В. ООО «Теплоэнергетика экспертиза» Продление срока службы металла энергетического оборудования осуществляется на основании анализа результатов неразрушающего и разрушающего контроля различными методами. Основные требования к методам и оценке результатов контроля полученных этими методами изложены в «Типовой инструкции по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций» (РД 10-577-03). Одним из наиболее информативных методов при оценке служебных свойств металла работающего оборудования при продлении срока его службы является металлографический контроль. В процессе эксплуатации генератора ТВС-32-У3 произошло разрушение водородных уплотнений вала ротора со стороны турбины. В результате трения фрагментов водородного уплотнения об упорный гребень произошло его частичное разрушение со стороны установки уплотнений (рис. 1, 13). Баббит подшипников выплавился. Неразрушающий контроль методом магнитопорошкового контроля показал наличие поверхностных трещин на упорном гребне и на вале в зоне его перехода к упорному гребню. Для определения состояния металла был проведён металлографический контроль микроструктуры металла упорного гребня и прилегающей к нему зоны вала ротора. Металлографический контроль показал, что в металле вала ротора произошли изменения микроструктуры. Выявлены различные структурные зоны. На рис. 5 изображена микроструктура представляющая собой крупноигольчатый мартенсит, плюс, остаточный аустенит. На рис. 7 изображена структура с иглами мартенсита в зерне, плюс, цементит (карбидная сетка). Наблюдаются резкие границы зон с различной микроструктурой (рис. 6, 8). Микроструктуры приведенные на рис. 7, 8 могут образовываться при высоком содержании углерода и при температурах ≈ 800°С. С целью определения химического состава металла имеющего разную микроструктуру и для подтверждения предположений, что металл приведенный на рис. 7, 8 должен содержать от 1,5% до 2,3% углерода проводился спектральный анализ металла в зонах соответствующих микроструктурам приведенным на рис. 5, 7, 8. В таблице-1 приведены результаты спектрального анализа. Из таблицы видно, что микроструктура содержащая карбидную сетку имеет содержание углерода 2,1%. Это можно объяснить тем, что при разрушении элементов водородного уплотнения в результате их трения о упорный гребень он нагревался до температуры ≈ 800°С и выше. 
Примечание: исходный металл вала ротора соответствует стали 34ХН3М. Углерод, образовывающийся при выгорании масла, растворялся в металле. Этот процесс протекал с образованием резких границ между зонами рис. 6, 8 и возникновением местных напряжений приведших к образованию микротрещин рис. 10, 11, 12. Для измерения механических характеристик металла в зонах, которые соответствовали микроструктурам металла, приведённым на рис. 5, 7, 8, проводился их контроль, с оценкой по диаграмме упруго пластического вдавливания, полученной с помощью прибора ПИМ-ДВ-1. В Таблице-2 приведены результаты контроля механических характеристик. Таблица – 2 
Из сопоставления значений механических характеристик по зонам и по отношению 0,2/врем. видно, что металл вала ротора в зоне разрушения водородных уплотнений имеет неудовлетворительные механические свойства. В первую очередь склонность к хрупкому разрушению. Микротрещины, приведенные на рис. 10, 11, 12, носят поверхностный характер, но они сливаются в магистральные протяженностью 3 – 10мм. Эти трещины выявляются методом МПД. Это также подтверждается результатами металлографического контроля. Зоны вала ротора с неудовлетворительными механическими характеристиками и отклонениями по химсоставу от исходного материала имеют мартенситную структуру, которая не может обеспечить работу вала ротора в условиях изгиба и кручения и оценивается, в данном случае, как не удовлетворительная. После обсуждения полученных результатов было принято техническое решение, суть которого заключалась в том, чтобы расчетным путем определить возможную глубину проточки вала в месте расположения упорного гребня, упорный гребень удалить, проконтролировать место проточки вала, генератор перевести на воздушное охлаждение со снижением максимальной нагрузки с 30,7МВт до 21 МВт. На рис. 14 приведён эскиз ремонтной проточки вала. После проведения ремонтных работ, по распоряжению владельца, генератор был пущен в работу. Через шесть месяцев после начала эксплуатации генератора произошло разрушение вала ротора со стороны возбудителя (рис.2,3,4). При анализе случившегося было установлено, что в период, когда специалистами станции проводился осмотр вала со стороны турбины, был осмотрен вал и со стороны возбудителя. По результатам этого осмотра было установлено, что баббит вкладышей подшипников выплавлен как со стороны турбины, так и со стороны возбудителя. Магнитопорошковая дефектоскопия вала ротора, выполненная специалистами станции в местах расположения подшипников, выявила наличие трещин в зоне упорного гребня со стороны турбины. На валу ротора, в зоне подшипника со стороны возбудителя, трещин не было обнаружено. На основании этих результатов специалистами станции была установлена зона ремонта вала ротора, с привлечением специализированной организации, только на участке со стороны турбины, поэтому контроль микроструктуры металла вала ротора со стороны возбудителя не проводился. После аварии был произведён контроль микроструктуры металла на поверхности вала ротора в зоне его разрушения (поз.1, рис.4). Контроль микроструктуры показал, что микроструктура металла вала генератора (рис.9) в зоне его разрушения идентична микроструктуре металла вала генератора со стороны турбины (рис.7), полученной до выполнения ремонтных работ по проточке вала. Наиболее вероятной причиной разрушения вала ротора со стороны возбудителя явилось образование микроструктуры металла аналогичной приведённой на рис. 5-8. Данная микроструктура могла появиться в результате выплавки баббита подшипника и нагрева поверхностного слоя вала ротора до высокой температуры. Это подтверждается характером разрушения вала генератора. На рис. 4 приведён фрагмент излома вала генератора. Наблюдается хрупкий излом в верхней части вала и вязкий в нижней части. Участок вала со стороны турбины в районе проведённого ремонта, несмотря на снижение в этом месте его сечения, выдержал нагрузки при аварии. Позволил затормозить, за счёт трения лопаток ротора турбины о диафрагмы, при осевом сдвиге ротора, ротор генератора и тем самым избежать катастрофических последствий аварии. Выводы: 1. В тех случаях, когда металл энергетического оборудования подвергается нештатному механическому воздействию, с возникновением в этой зоне высокой температуры, необходимо предусматривать металлографический контроль металла этой зоны. 2. При неудовлетворительных результатах металлографического контроля металла энергетического оборудования необходима оценка механических свойств металла в зоне проведения контроля. ЛИТЕРАТУРА: 1. РД 10-577-03 «Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций». 2. ОСТ 34-70-690-96 «Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях эксплуатации». 3. СО 153-34.17.440-2003 «Инструкция по продлению срока эксплуатации паровых турбин сверх паркового ресурса». 4. СТО 172 302 82.27.100.005-2008 «Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования». 
Рис.1 Общий вид вала генератора (элементы водородного уплотнения демонтированы). 
Рис.2 Фрагмент вала генератора со стороны возбудителя после аварии. 
Рис.3 Место разрушения вала генератора (вид со стороны возбудителя). 
Рис.4 Фрагмент излома вала генератора (наблюдается хрупкий излом в верхней части вала и вязкий в нижней части). 1 – место контроля микроструктуры. 
Рис.5 Микроструктура участка с крупноигольчатым мартенситом, плюс, остаточный аустенит. М: 1х500. 
Рис.6 Участок границы с разными микроструктурами. М: 1х500. 
Рис.7 Микроструктура с иглами мартенсита в зерне, плюс, цементит (карбидная сетка). М: 1х500.
Рис.8 Участок границы с различными по размерам зерном с иглами мартенсита. М: 1х500. 
Рис.9 Микроструктура с иглами мартенсита в зерне, плюс, карбидная сетка. М: 1х500. 
Рис.10 Микроструктура с микротрещинами. М: 1х500. 
Рис.11 Изображение микротрещин развившихся по границам зон с разной микроструктурой. М: 1х500. 
Рис.12 Участок с микротрещинами переходящими в макротрещины. М: 1х500. 
Рис.13 Эскиз повреждения упорного диска вала ротора генератора со стороны турбины. 
Рис.14 Эскиз ремонтной проточки вала.
Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~AUiTV
|
|