月亮湾电厂3#燃气轮机第3级叶片事故分析

第14卷第2期《燃气轮机技术》V o l.14N o.2 2001年6月G A ST U R B I N ET E C H N O L O G Y J u n e

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.,2001深圳月亮湾电厂3#燃气轮机第3级叶片事故分析

刘志江,陈纪刚

(国家电力公司热工研究院,陕西西安710032)

摘要:对1997年12月深圳月亮湾电厂3#燃气轮机发生断叶片事故的调查进行了分析和总结。

关键词:燃气轮机;动叶片;断裂

中图分类号:T K474.8+11;T K477文献标识码:B文章编号:1009-2889(2001)02-0045-06

1事故的发生

深圳月亮湾燃机电厂的3#燃气轮机于1991年6月22日投运,其第3级动叶发生过三次断裂事故。

前二次叶片事故分别发生于1995年7月17日和1996年4月15日。第一次事故前,运行18500h,点火启动1307次,跳闸128次,折合当量运行38792h;第二次事故前,运行仅3150h。在第二次事故以后,第3级叶片全部换装上由E G T-A L-S T H O M公司提供的叶片。第三次事故前,运行8206.9h,点火起动689次,跳闸59次,当量运行18598.9h。该叶片的使用寿命均与制造厂规定64000h(当量)相差甚远。在1996.4.15～1997.12.9这段运行期间,机组曾发生二次较大的振动,均采用加平衡质量消除而并未揭缸检查。第一次剧烈振动于1996年9月,在1瓦处转子轴端法兰加重205g (360º)和215g(335º);第二次于1997年7月7日至8日,在基本负荷下1瓦振动接近报警,加重200g (51º)[2]、[3]。

1997年11月1日临时停机,检修人员曾进入尾部烟道从排气导流口,看到第三级有二个叶片的围带在出气侧的小角断落(由于视角限制,看不到围带中部)。

2现场检查

(1)在燃机和压气机两个转子之间的传扭轴压气机侧有二个螺栓头(带螺母)断裂(图1、2),其中一个卡在原位,另一个已经飞脱,未见残骸,它不断地撞击、研磨中间轴、压气机和燃气轮机的转子端面,直到被研磨成细金属颗粒通过间隙进入燃机通流部分。这应该是机组1996年9月第1次振动大的

原因。

图1、2传扭轴连接螺栓断裂

*收稿日期:2000-10-24

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(2)第三级叶片上有明显的点腐蚀坑,第3级叶片断裂损伤及其分布见图3、4和图13。有4个叶片在叶型中部折断。其序号依次为35(断口出气侧呈蓝黑色)、34、33和32(断口新鲜金属光泽,断口距型底分别为131、202、210、210m m),可以看出是由第35片(E I L M238198)折断引发击断相邻的三个叶片,另外有多片局部被击伤、痕迹新鲜。有12个叶片的围带断落(这应是机组第二次振动的原因),其序号为14、18、25、26、27、28、29、30、31、62、74和77,围带断口呈深黑色,其中多个围带口的硬质合金块断落、裂纹(图5～图9),62围带(E I L M239410)上进、

出气侧的二个凸角断落。

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(3)检查和调查表明,该级J C A A 和E I L M 不是同一批生产的叶片,

并且是较早期的未改进的叶片。该级叶片由二种[4]

组成,一种45片的制造记号为J C A A ,另一种47片制造记号为E I L M 。对围带

及其硬质合金块厚度测量,J C A A 叶片硬质合金和围带的厚度δ1、δ4(图14)分别为2.5m m 和2.8m m ,而E I L M 叶片的则为2.8m m 和3.0m m 。测量该级叶片的工作高度为279.6m m ,与理论高度280m m 符合,说明没有发生蠕变。

在叶片断落之前一星期,曾清洗叶片,断叶后叶片表面结垢较薄。4个断叶片的断口形貌可分为二类,32号、33号、34号断口新鲜,呈金属光泽;而35号断口出气侧呈蓝黑色,为老断口即主断口(图10)。叶根出气侧外表面有E G T 标志,E I L M 为

E G T 刻字,J C A A 为E G T 铸字,四个断叶中35号、34号、33号为E I L M ,32号为J C A A

。

3叶片表面、

断口、材质理化检验3.1叶片表面检查,

用体视显微镜(1)叶片表面普遍存在腐蚀坑。

(2)局部腐蚀严重的叶型表面呈现沿晶的腐蚀沟槽。

(3)发现小裂纹,

按性质可分为三类:与主断口平行的小裂纹35号叶片,裂纹长12m m 。

腐蚀严重处产生的小裂纹

33号叶片出气边的小裂纹,长约2m m ,距型底160m m ;33号叶片出气边腐蚀坑中的小裂纹;4号叶片围带腐蚀坑中的小裂纹。

因撞击产生的小裂纹32号叶片进气边小裂纹,裂纹长度3m m ,距型底169m m 。裂纹正中的背弧处有一个撞击坑;4号叶片围带上气封片的撞击小裂纹。

(4)围带上的硬质合金块具有较好的抗腐蚀能力

3.2叶片材料和裂纹的金相分析

从叶片的近型底和近断口处取横向金相试样,检查叶片材料的金相组织;从裂纹和腐蚀坑处取样,

检查裂纹的特征。

(1)叶片材料具有很发达的树枝晶状铸造结构,厚度越厚则枝晶越发达;断口附近的出气边厚度薄,呈等轴晶结构。

(2)35号和33号叶片(E I L M )的近断口剖面存在较严重的枝间疏松;而近叶型底处剖面也存在枝间疏松,但程度明显比前者轻。32号叶片(J C A A )

的近断口剖面和近叶根剖面上均没有枝间疏松。(3)32号、

33号、35号叶片材料的金相组织均为γ固溶体+细小弥散分布的γ'

相+晶界上的MC 型一次碳化物+晶界上细小链状M 23C 6型碳化物,未发现异常组织和过热组织。

(4)腐蚀坑处已产生沿晶腐蚀。腐蚀小裂纹的走向是沿晶型的;撞击小裂纹的走向也是沿晶的。

因此,仅根据裂纹走向或断口的沿晶特征判断断裂性质是由腐蚀引起的判据不是唯一的。(5)4号叶片围带上的硬质合金片存在裂纹和掉块等缺陷。鉴于硬质合金块没有受腐蚀和受撞击特征,这类缺陷可能与制造方面有关。

3.3断口宏观和微观分析

用放大镜和扫描电子显微镜进行断口分析。

(1)32号、33号、35号叶片断口的宏观形貌

35号叶片断口的出气侧断面呈蓝黑色,

表面有沉积物;进气侧与32号和33号叶片的整个断口呈新鲜

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