Способ определения вязкости разрушения материала ротора турбомашины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ЩЙРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн свтссснсну свссствтвству 13(72) Э.С.Гинзбург и В.Ф.Резинских (7) Всесоюзный дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт им. Ф.Э.Дзержинского(56) 1,"Проблемы прочности", 1972 В 4, с. 3-9,2. ФИИ, 49, 2, 1980. с.319-327,(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОС- ТИ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА РОТОРА ТУРБОМАИИНЫ, включающий структурный анализ, определение критической температуры вязкохрупкого перехода и оцен. ку по ней вязкости разрушения, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с.,801138692 А 4(51) С 01 Б 3/18; .С О И 21/00 целью определения возможности эксплуатации ротора с дефектом, при выводе турбины в ремонт дополнительнопроводят дефектоскопический контроль для определения координат дефекта по радиусу ротора, приготавливают металлографический шлиф на торцеротора на том радиальном расстоянииот осевого канала,что и дефект, измеряют количество структурно свободного феррита, а температуру вязкохрупкого перехода определяют по формуле где а и Ь - постоянные для данноймарки .стали;Ф - количество структурносвободного феррита,7.1 138692 ние сложной аппаратуры ( электронного микроскопа ), что является трудоемкой и длительной операцией,Цель изобретения - определениевозможности эксплуатации ротора сдефектом.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу, включаюВщему структурный анализ, определениекритической температуры вязкохрупкого перехода и оценку по ней вязкости разрушения, при выводе турбины времонт дополнительно проводят дефектоскопический контроль для определения координат дефекта по радиусуротора, приготавливают металлограФический шлиф на торце ротора на томже радиальном расстоянии от осевогоканала что и дефект, измеряют количество структурно свободного Феррита,а температуру вязкохрупого переходаопределяют по Формуле1 =а+Ь,кргде а н Ь - постоянные для данноймарки стали;Ф - количество структурносвободного феррита, %.Предлагаемый способ определениявязкости разрушения осуществляютследующим образом,30 При выводе турбины в капитальный ремонт вынимают ротор из корпуса турбины, устанавливают его на козлах в удобном для проведения работы месте, проводят дефектоскопический конт- роль и определяют координаты дефекта ( если он есть ) по радиусу ротора. На торце полумуфты со стороны толстого конца ротора на том же расстоянии от.осевого канала, что н . выявленный дефект, приготавливают ме. таллографический шлиф, полированную поверхность шлифа травят 47 НМО в этиловом спирте ), степень готовности микрошлифа контролируют переносным микроскопом, на протравленную поверхность шлифа ставят полистироловую реплику, предварительно размягченную бензолом, после эатвердевания реплики ее отделяют от шлифа, и анализируют скопированную микроструктуру на стационарном оптическом микроскопе, Определение количества структурно-свободного феррита проводится стандартными методами. По приведенной формуле определяют критическую температуру вяэкохрупкого138692 ВНИНПИ Заказ 106 78/32 Тираж 893 Подписное Филиал ШШ фПагеатф, г. Ужгород ув,Проежтиая,4 3 1перехода для металла в интересующейзоне длительно работавшего ротора,оПолученное значениеиспользуетсядля определения вязкости разрушенияпо известной обобщенной диаграмме с учетом температурно-напряженного состояния ротора при интересующем режиме работы турбины, из К 1 опре 1 с деляют критический размер дефекта (запринимается температура меРталла ротора при данном режиме работы турбины ).П р и м е р. При контроле ротора из стали Р 2 М, отработавшего длительный срок эксплуатации на поверхности осевого канала в районе высокотемпературных ступеней, обнаружена трещина. Для определения возможности работы ротора с трещиной необходимо определить К металла у по 1 сверхности осевого канала в высокотемпературной зоне (в этой зоне произошла стабилизация свойств.). При анализе микроструктуры на торце ротора определено, что количество структурно-свободного феррита у поверхности осевого канала составляет 253. Экспериментально установлено, что для ротора из стали Р 2 М, отработавшего в эксплуатации не менее 5 лет, постоянные а и Ь имеют следующие значения: а =65,3;=1,9. Подставляют указанные данные вформулу и получают65,3 + 1,9 25 = 113 С.КрВыявленный дефект располагается в зоне, где максимальный уровень напряжений при пуске турбины из холодного состояния достигается при 1 р= =150 с. тогда 1 - 1 к =37 с и минимальное значение К, определенное по обобщенной диаграмме К, =Е(с - ко1 С Р), составит 400 кгс/мм 5 ф (,125 МПа Ум).Таким образом, оценку склонности металла конкретнего ротора из стали Р 2 М, отработавшего в эксплуатации не менее 5 лет (период стабилизации свойств , можно определить из анализа микроструктуры на торце роторасо стороны толстого конца ( скоростьохлаждения при термической обработке близка к скорости охлаждения боч ки ротора).В качестве материала цельнокованыхроторов мощных паровых турбин применяются две марки стали перлитногокласса 25 Х 1 М 1 Ф в двух модификациях 10 (Р 2 и Р 2 МА ) и 20 ХЗМВФ (ЭИ), Режимы термообработок роторов, используемых турбостроительными заводами,близки: нормализация или закалкаплюс высокий отпуск.По данным статистического анализахимического состава и свойств металла более 500 роторов, проведенногозаводами-изготовителями турбин, различие по содержанию химических эле 2 р ментов в пределах марок сталей незначительно, а некоторая разница вуровне свойств разных поковок связана с отклонениями в режиме термической обработки.25 Проведен контроль 75 роторов высокого и среднего давления турбин мощностью 00-300 МВт и на 1 О обнаружены трещиноподобные дефекты. По результатам оценки один из этих роторовснят с эксплуатации, а остальные допущены к работе с условием проведения периодического контроля. На одном из роторов среднего давления, допущенного к эксплуатации, выявленные дефекты достигли протяженности до 2 м. Со времени контроля прошло 2 года, в течение которых роторнормально работает. 40Внедрение предлагаемого изобретения позволит в условиях электростанции решйть вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации роторов с теми или иными дефектами. 45Экономический эффект от внедрения изобретения определяется сроком продления службы роторов, содержащих трещиноподобные дефекты размером меньше критического, и предот,вращением аварий турбомашин снятием с эксплуатации роторов, имеющих более крупные дефекты.