汽轮机中压调速汽门门杆断裂分析_周新灵

解决方案

工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造

SOLUTION

汽轮机中压调速汽门门杆断裂分析

周新灵，陈啸

）（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046

摘某电厂汽轮机中压调速汽门门杆发生断裂，采用断口分析和性能分析等方法对门杆的断裂原因进行了分析。结要：

果表明：门杆断裂位置渗氮时未做防护，渗氮后会使此处脆性增加，进一步加剧了应力集中效应，门杆中心的压力平衡孔严重偏离门杆中心，使门杆受力时形成偏载，门杆是在交变冲击载荷、偏载和应力集中效应的共同作用下形成裂纹源，裂纹扩展至临界裂纹尺寸时发生疲劳断裂。

中压调速汽门门杆；渗氮；应力集中；疲劳断裂关键词：

中图分类号：TK264文献标识码：A文章编号：1002－2333（2011）11－0131－02

CHENXiao

FractureAnalysisofTurbineIPGovernorStopPole

ZHOUXin-ling，

（HarbinTurbineCompanylimited,Harbin150046,China）

Abstract：AturbineIPgovernorstoppoleofapowerplantfractured.Thereasonsofthefracturewereanalyzedbyusingcrackanalysisandpropertyanalysis.Itindicatedthatthefractureplacewasnotprotectedwhennitriding,itsbrittlenessincreasedafternitriding,thenitaggravatedstressconcentrationeffect.Thepressurecenterholeofthepoledeviatedfromitscenterseriously,itleadtopartialloadwhenthepolebearingpressure.Theformingofcracksourcewasaffectedtogetherbyalternatingimpactload,partialloadandstressconcentrationeffect.Thefatiguefracturehappenedwhenthecrackextendedtoitscriticalsize.

Keywords：IPgovernorstoppole;nitriding;stressconcentration;fatiguefracture

防渗氮保护区断裂位置

1事故调查某电厂

超临界空冷机组运行近1年，大修解体

断裂位置

后发现中压调速汽门门杆断裂一根，

3

材质分析

在中压调速汽门门杆上取样，检测分析门杆的化学成分、力学性能和金相组织。

2.1

宏观分析门杆断口的宏观照片如图2所示，门杆

3.1

化学成分分析

在门杆上取样，门杆的化学成分分析结果如表1所示。由表1可见，门杆的化学成分符合标准B/HJ424-2004中的规定。

表1

项目

C

Si

测试值0.200.30

0.250.50

（a）门杆断口的微观形貌

（b）门杆断口的微观形貌

图1

门杆断裂位置示意图

图3

材质为2Cr12NiMo1W1V，工作温度为566℃，门杆断裂位置如图1所示。2

断口分析

裂纹源

断在距端部837mm的排汽孔处，断口起始于排汽孔处的两个小缺

图2门杆断口的宏观照片

2Cr12NiMo1W1V钢的化学成分

Mn0.581.00

P≤

S

Cr

Mo

V

W

/Wt%Ni

Cu

口，排汽孔边缘线较为尖锐，未作圆角过渡处理。门杆断面的裂纹源区较为平坦，有明显的放射状条纹［1］，断口都呈深灰色，断面都被严重氧化、磨损，门杆的压力平衡孔都偏离门杆中心。2.2

断口微观分析

门杆断口的微观形貌如图3所示，门杆断口上可见韧窝、撕裂棱和二次裂纹。

0.0210.00511.561.000.221.020.520.12

≤11.00-0.90-0.20-0.90-0.50-≤0.0300.03013.001.250.301.251.000.30

标准值0.20-≤0.50-

3.2力学性能

门杆的力学性能分析结果如表2所示。由表2可

见，门杆的力学性能指标符合B/HJ424-2004中的规定值。

机械工程师2011年第11期

131

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大直径铸铁盘类零件的工艺试验分析

杜洪芳

）（中国工程物理研究院，四川绵阳621900

摘要：大直径盘类零件在工业产品中的应用越来越广泛，而此类零件因其结构的特性，在加工过程中易变形，零件精

度不易控制，其加工难度也成了加工行业内棘手的问题。文中以大型工业压缩机中的铸铁扩压器板零件为例，通过四轮工艺试验，对比分析试验数据，对加工过程中产生的变形进行剖析，最终采用立车定位压装的精加工方法，有效控制了扩压器板零件的加工变形的问题。

加工变形；装夹应力关键词：

中图分类号：TH162文献标识码：A文章编号：1002－2333（2011）11－0132－03

1引言盘类零件，其结构如图1所示。

该零件正面是锥型面和各台阶内圆，背部为8根放射状结构的加强筋，在背部准672.5圆处的加强筋面上又对称分布着4个高48.5mm的支脚。零件各部位厚度不均匀，最薄处壁厚仅12.7mm，约为外径尺寸的1/72，而最厚该零件结构刚性差，加工稳的地方厚度65.91mm。可见，

定性差，易产生应力集中，引起加工变形。这个零件的关

键要素是止口外径准873.05-0.12，止口端面与大端面的距0离尺寸54.77-0.12，且平行度要求0.25mm。

扩压器板是大型工业压缩机中的零件。在加工过程中发现，该零件由于受其结构、灰口铸铁材质特性、装夹应力和热变形等综合因素的作用，加工过程易变形，工件尺寸和形位精度不易保证。针对零件的装夹和车削方式，进行了工艺性试验，对试验件的加工变形状态进行了分析，在加工方法和装夹方分析结果的指导下不断优化工艺路线、

式，从而有效地解决了扩压器板零件加工变形的难题，对大直径盘类零件的加工变形控制都有一定的借鉴作用。2

扩压器板零件分析

扩压器板零件外轮廓直径准914.27-0.1，属于一个大型

零件材料是灰口铸铁HT250，一般情况下，这种材料的零件稳定性好，不易变形，适用于制作机床床身、轴承座允许渗氮的；门杆断裂位置渗氮时未做防护，渗氮后会使此处脆性增加，会进一步加剧了应力集中效应。门杆在工作状态下承受拉应力和汽流变化引起的交变冲击载荷作用，门杆中心的压力平衡孔严重偏离门杆中心，使门杆受力时形成偏载，应力集中区对冲击载荷和偏载是非常敏感的。门杆是在交变冲击载荷、偏载和应力集中效应的共同作用下形成裂纹源，裂纹扩展至临界裂纹尺寸时发生疲劳断裂［2］。5

结论与建议

（1）中压调速汽门门杆的断裂性质是疲劳断裂，渗氮时未按设计要求作防渗氮处理，导致应力集中区的脆性增加是门杆断裂的主要原因，机械加工上的不足也是促使门杆断裂的原因之一。

（2）建议中压调速汽门门杆不需要渗氮位置要做好防渗氮保护，保证机械加工质量。

［参考文献］

表2

项目

2Cr12NiMo1W1V钢的力学性能试验结果

RP0.2/N·mm-2Rm/N·mm-2A/%

800805≥760

10101010≥930

13.013.5

Z/%35.536.5

硬度295HB297HB

门杆测试值1门杆测试值2标准值

≥12≥32277-331HB

3.3金相组织

在门杆的断口上取样制备金相样品，门杆的金相照

片如图4所示，门杆夹杂物评定结果为A1、B2.5、D1，断口处渗氮层深0.25～0.33mm，门杆金相组织都为回火索氏体，晶粒上有碳化物，晶粒度为4级。

（a）门杆组织照片×100（b）门杆断口处渗氮层照片×100

［1］崔约贤，王长利.金属断口分析［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大 …… 此处隐藏：1943字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……