ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Хрупкие внезапные разрушения цельнокованых роторов из "Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки " Хрупкие внезапные разрушения роторов являются наиболее опасными, поскольку они влекут за собой, как правило, полное разрушение всей турбины, серьезные повреждения другого оборудования, а иногда и человеческие жертвы. Такие разрушения происходят внезапно, и этим усугубляется тяжесть их последствий. [c.478] Появление и формирование критических дефектов может происходить на этапах производства роторов, в процессе длительной эксплуатации и даже относительно коротких отдельных операций на турбине. [c.478] Для исключения первой причины ротор в процессе всего производства проходит тщательный контроль. Особенно опасными являются флокены — газообразные (водородные) включения, образующиеся в отливке при неправильной технологии производства и в дальнейшем при проковке превращающиеся в сетку пятен и трещин. [c.478] Пример 17.1. На одной из ТЭС США произошел разрыв ротора ЦНД двухвальной турбины мощностью 165 МВт при опробовании автомата безопасности. При этом частота вращения на 8,6 % превысила номинальную. Ротор был разорван на четыре крупных куска, два из которых попали в конденсатор. Большое количество оторвавшихся мелких кусков вызвало такое повреждение соседнего оборудования, что это потребовало остановки всей станции. Причиной аварии явились хрупкость материала ротора и большое число флокенов, образовавшихся из-за неправильной технологии производства и недостаточного технологического контроля. [c.478] Трещины на внутренней поверхности осевого сверления ротора могут появиться в процессе эксплуатации в результате ползучести и исчерпания длительной прочности. Поэтому при капитальных ремонтах турбины, особенно прослужившей достаточно долгое время, необходимо тщательно осматривать расточку ротора, чтобы вовремя заметить образование таких трещин. [c.479] При внезапной разбалансировке ротора, например, при вылете длинной лопатки, появляется поперечная неуравновешенная сила. Она многократно усиливается, если после отключения генератора от сети турбина какое-то время работает на критической частоте вращения. Известно, что даже пластичные материалы при динамическом приложении нагрузки разрушаются хрупко. Таким образом, высокие динамические напряжения изгиба в разбалансированном роторе приводят к быстрому появлению трещины усталости, ее развитию и, наконец, хрупкому разрушению. [c.479] Особую опасность для роторов ЦВД и ЦСД представляют пуски из холодного состояния, если последние производятся слишком быстро и ротор не успевает прогреться. [c.479] Вязкость разрушения зависит от температуры (рис. 17.1) чем ниже температура, тем ниже вязкость разрушения. Понижение температуры ротора, например, со 100 до 60 С уменьшает вязкость разрушения примерно в 2 раза, что, как видно из формулы (17.1), сокращает критический размер дефекта в 4 раза. [c.479] Дополнительное снижение в условиях эксплуатации происходит вследствие высокотемпературного охрупчивания с течением времени в материале происходят процессы миграции нечистот (сера, фосфор, мышьяк) на границы зерен, и материал становится хрупким. [c.479] ГО разрушения не было бы, поскольку эти напряжения вдвое-втрое меньше предела текучести. Однако при пуске турбины сечение ротора прогревается неравномерно температура внешних слоев растет быстрее, чем средняя температура сечения, во внутренних — наоборот. Поэтому при пуске в роторе возникают температурные напряжения, сжимающие его материал во внешних слоях и растягивающие во внутренних. Таким образом, на расточке ротора к растягивающим напряжениям от центробежных сил прибавляются растягивающие температурные напряжения. Это, как видно из формулы (17.1), дополнительно уменьшает критический размер дефекта. Таким образом, оказывается, что при быстром пуске турбины из холодного состояния, когда вязкость разрушения материала ротора мала, а напряжения велики, даже небольшой дефект, совершенно не опасный при нормальной работе турбины, может привести к внезапному хрупкому разрушению ротора. В практике эксплуатации было несколько случаев таких разрушений. [c.479] Пример 17.2. На рис. 17.2 показан пример хрупкого разрушения ротора вала низкого давления (номинальная частота вращения — 3600 об/мин), произошедшего при пуске из холодного состояния на американской станции. В результате аварии образовались 23 куска массой более 40 кг и один массой 800 кг. Причиной разрушения явились мелкие трещины, появившиеся возле неметаллических включений внутри ротора под действием малоцикловой усталости и ползучести, которые в процессе пусков (турбина прослужила 106 ООО ч и пускалась 1245 раз из холодного и 150 раз из горячего состояния) объединились в магистральную трещину, достигшую критического размера, после чего и произошло разрушение. [c.479] Для исключения возможности хрупкого разрушения при пусках из холодного состояния пусковые инструкции обязательно предусматривают прогрев ротора на малой частоте вращения (когда напряжения от центробежных сил малы) для повышения на расточке ротора вязкости разрушения материала. [c.480] Поскольку первопричиной внезапных хрупких разрушений является существование трещины на расточке ротора, то главной мерой, предупреждающей внезапное хрупкое разрушение, является исключение появления трещин на расточке. [c.480] Для этого на заводе-изготовителе поковки и за-воде-изготовителе турбины производится тщательный контроль в процессе производства. Итоговым контролем является балансировка ротора (холодного ) в специальной вакуумной камере на рабочей частоте вращения, которая одновременно является и проверкой ротора на хрупкое разрушение. [c.480] В условиях эксплуатации нельзя полностью исключить появление трещин на расточке, особенно после 20—30 лет эксплуатации. Оператор турбины должен всегда подозревать, что трещина существует и для исключения хрупкого разрушения ротора строго соблюдать простое правило ротор, непро-гретый до 180—200 °С, не должен иметь частоту вращения большую 1400—1500 об/мин. [c.480] Тем более при недостаточном прогреве должны быть исключены все операции, связанные с повышением частоты вращения испытание автомата безопасности на срабатывание или на сброс нагрузки. [c.480] Вернуться к основной статье