Способ определения вязкости разрушения материала ротора турбомашины

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА РОТОРА ТУРБОМАШЕ1НЫ , включающий структурный анализ , определение критической температуры вязкохрупкого перехода и оценку по ней вязкости разрушения, отличающийся тем, что, с целью определения возможности эксплуатации ротора с дефектом, при выводе турбины в ремонт дополнительно проводят дефектоскопический контроль для определения координат дефекта по радиусу ротора, приготавливают металлографический шлиф на торце ротора на том радиальном расстоянии от осевого канала, что и дефект, измеряют количество структурно свободного феррита, а температуру вязкохрупкого перехода определяют по формуле . I где а и b f -постоянные для данной (О марки .стали; -количество структурносвободного феррита,%.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г1О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЙРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A 9 TOPCHOM V СВЩИтЕГЬСтв и

l3 . (31) 3454681/22-.02 (22) 11.06.82 (46) 07.02.85. Бюл. Ф 5 (72) Э.С.Гинзбург и В.Ф.Резинских (71) Всесоюзный дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт им. Ф.Э.Дзержинского (53) 621.785.5(088.8) (56) 1."Проблемы прочности", 1972

Ф 4, с. 3-9.

2 ФИИэ 49 2э 1980. с.319-327. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОС-

ТИ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА РОТОРА ТУРБОМАИИ1НЫ, включающий структурный анализ, определение критической температуры вязкохрупкого перехода и оценку по ней вязкости разрушения, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с..SUÄÄ 1138692 А

4(51) С О! Н 3/18 С 01 N 21/00 целью определения возможности эксплуатации ротора с дефектом, при выводе турбины в ремонт дополнительно проводят дефектоскопический контроль для определения координат дефекта по радиусу ротора, приготавливают металлографический шлиф на торце ротора на том радиальном расстоянии от осевого канала,что и дефект, измеряют количество структурно свободного феррита, а температуру вязкохрупкого перехода определяют по формуле где а и Ь вЂ” постоянные для данной марки .стали;

Ф вЂ” количество структурносвободного феррита,X.

1 138692

Изобретение относится к энергомашиностроению, преимущественно паротурбостроению, в частности к способам оценки воэможности эксплуатаций ротора паровой турбины с трещинно- 5 подобными дефектами.

В связи с развитием линейной механики разрушения появилась воэмож° ность оценивать работоспособность деталей, имеющих трещинноподобные дефекты. Эту оценку проводят по величине характеристики материала, называемой вязкость разрушения (К

МСР с учетом температурно-напряженного состояния детали. Хрупкое разруше- 15 ние детали не произойдет до тех пор, пока имеющийся в ней дефект не подрастет до критического размера.

Известен способ оценки вязкости разрушения по установленным корреля- 20 ционным зависимостям между К„ и другими механическими свойствамйс1.1), Однако способ предполагает разрушение образцов, вырезанных из детали.

Для оценки работоспособности роторов паровых турбин применение этого способа не представляется возможным, так как не возможна вырезка образцов из наиболее нагруженных зон, где вероятность образования дефектов максимальна.

Наиболее близким к предлагаемому, по технической сущности и достигае.мому результату является способ,за,ключающийся в том,что проводят струк- турный анализ материала, по его ре35 зультатам судят о критической температуре вяэкохрупкого перехода, которую используют для оценки вязкости разрушения.

Полученные корреляционные уравнения представляют зависимость критической температуры от различных структурных параметров (размера зерна, субзерна, ячейки, среднего расстояния между частицами второй фазы

45 и неметаллических включений ) 1.23.

Однако установленные зависимости являются многопараметрическими и получение коэффициентов уравнения требует проведения предварительной очень большой исследовательской работы.

Анализ микроструктуры должен проводиться в интересующей зоне, в непосредственной близости от дефекта, что практически не выполнимо.

Кроме того, дпя анализа микроструктуры предполагается использова ние сложной аппаратуры (электронного микроскопа ), что является трудоемкой и длительной операцией.

Цель изобретения — определение возможности эксплуатации ротора с дефектом.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включаюВ щему структурный анализ, определение критической температуры вязкохрупкого перехода и оценку по ней вязкости разрушения, при выводе турбины в ремонт дополнительно проводят дефектоскопический контроль для опреде— ления координат дефекта по радиусу ротора, приготавливают металлографический шлиф на торце ротора на том же радиальном расстоянии от осевого канала что и дефект, измеряют количество структурно свободного феррита, а температуру вязкохрупого перехода определяют по формуле

=с + Ьф, Ð где н Ь вЂ” постоянные для данной марки стали

Ф вЂ” количество структурносвободного феррита, %.

Предлагаемый способ определения вязкости разрушения осуществляют следующим образом.

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 HN0> 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 вяэкохрупкого

138692

ВНИИПИ Заказ 10678/32 Тираж 893 Подписное

Филиал П1Ш "П те®т, г, ужгород ул.Проежтиая,4

3 1 перехода для металла в интересующей зоне длительно работавшего ротора.

so

Полученное значение t „ используется для определения вязкости разрушения по известной обобщенной диаграмме с учетом температурно-напряженного состояния ротора при интересующем режиме рабаты турбины, из К1 опре1с деляют критический размер дефекта (за t принимается температура меP талла ротора при данном режиме работы турбины 1.

Пример. При контроле ротора из стали Р2М, 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 по1с верхности 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 25Х. Экспериментально установлено, что для ротора из стали Р2М, отработавшего в эксплуатации не менее 5 лет, постоянные а и Ь имеют следующие значения: а =65,3; Ъ =I 9.

Подставляют указанные данные в формулу и получают

65,3 + 1,9 25 = 113 С.

К

Выявленный дефект располагается в зоне, где максимальный уровень напряжений при пуске турбины из холодного состояния достигается при 1р=

=150 с. тогда tр -t к =37 с и минимальное значение К„, определенное по обобщенной диаграмме К, =Е(с—

ro

1с Р

t „ ), составит 400 кгс/мм 1 (125 МПа Ум).

Таким образом, оценку склонности металла конкретнего ротора из стали

Р2М, отработавшего в эксплуатации не менее 5 лет (период стабилизации свойств ), можно определить из анализа микроструктуры на торце ротора со стороны толстого конца (скорость охлаждения при термической обработке близка к скорости охлаждения бочки ротора).

В качестве материала цельнокованых роторов мощных паровых турбин применяются две марки стали перлитного класса 25Х1М1Ф в двух модификациях

10 (P2 и P2NA ) и 20ХЗМВФ (ЭИ-415) . Режимы термообработок роторов, используемых турбостроительными заводами, близки: нормализация или закалка плюс высокий отпуск.

По данным статистического анализа химического состава и свойств металла более 500 роторов, проведенного заводами-изготовителями турбин, различие по содержанию химических эле20 ментов в пределах марок сталей незначительно, а некоторая разница в уровне свойств разных поковок связана с отклонениями в режиме термической обработки.

25 Проведен контроль 75 роторов высокого и среднего давления турбин мощностью 100-300 МВт и íà 10 обнаружены трещиноподобные дефекты. По результатам оценки один из этих роторов снят с эксплуатации, а остальные допущены к работе с условием проведения периодического контроля. На одном из роторов среднего давления, до» пущенного к эксплуатации, выявлен35 ные дефекты достигли протяженности до 2 м. Со времени контроля прошло 2 года, в течение которых ротор нормально работает.

Внедрение предлагаемого изобретения позволит в условиях электростанции решйть вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации роторов с теми или иными дефектами.

Экономический 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.