150 MW火電機組循環(huán)水泵軸斷裂原因分析

No.3 2013華北電力技術(shù)NORTH CHINA ELECTRIC POWER4:150MW火電機組循環(huán)水泵軸斷裂原因分析張濤',田力男',田峰',韓曉春”,趙元元”,李紅',侯國新'(1.內蒙古電力科學(xué)研究院,內蒙古呼和浩特010020;2. 內蒙古華電烏達熱電有限公司,內蒙古烏海016040)商要:1號機組甲循環(huán)水泵軸在運行中發(fā)生斷裂,經(jīng)綜合試驗分析認為,循環(huán)水泵軸斷裂的主要原因是加工.過(guò)程中未進(jìn)行調質(zhì)處理,生成大量晶粒粗大且強度很低的網(wǎng)狀鐵素體沿珠光體晶界分布,使晶間結合力減弱,嚴重削弱了材料的強度和韌性。此外,軸在高負荷、周期性應力作用下,首先在鍵槽底部尖角應力最為集中的地方萌生裂紋并在脆化的組織中迅速失穩擴展,進(jìn)而導致軸體發(fā)生正斷型斜面螺旋拉斷脆性斷裂。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵軸;調質(zhì)處理;過(guò)負荷;應力集中;斷裂.中圖分類(lèi)號:TQO50.7文獻標識碼:B文章編號:1003-9171(2013 )03-0045-03Analysis of Cracking Causes on Water Circulating pump Shaftof 150 MW Power UnitZhang Tao' ,Tian Li-nan' ,Tian Feng' ,Han Xiao-chun2 ,Zhao Yuan-yuan',Li Hong' , Hou Guo-xin'(1. Inner Mongolia Electric Power Research Institute , Hohhot 010020 , China;2. Inner Mongolia Huadian W uda Thermal Power Co. Ltd , Wuhai 016040 , China)Abstract:The shaft of No. 1 water circulating pump was broken when the unit is running. Through comprehensive a-nalysis it showed that the modified treatment was deleted when shaft was processed and lots of coarse reticulate ferritewhich distribute around pearlite was generated in this procedure. The intergranular binding force is descended , thestrength and ductility are weaken. Besides , the crack was generated in sharp corner of key seat because of stress con-centration under overload and cyclic stress, so the brittle tension fracture of normal inclined plane spiral was ap-peared.Key words: water circulating pump; modified treatment ; overload ; stress concentration ;fractureD130 mm。為了查清斷裂原因,利用宏觀(guān)形貌分0引言析、化學(xué)成分檢測、金相顯微組織檢測、斷口掃描某發(fā)電廠(chǎng)1號機組甲循環(huán)泵為臥式雙吸單電子分析及力學(xué)性能檢測等研究方法對軸的斷級離心式循環(huán)水泵,其進(jìn)水溫度為5 ~50 C,設裂原因進(jìn)行了分析。計流量為10 872/9 072 t/h,設計揚程為16. 78/1.1 宏觀(guān)形貌分析22.75m,轉速為750r/min,正常運行出口壓力為對斷裂的循環(huán)水泵軸進(jìn)行宏觀(guān)形貌檢察,其0.18~0.19 MPa,電流為82 ~89 A范圍內,已累斷口沒(méi)有塑性變形,斷裂面垂直于正應力方向，計運行約20625 h。運行中發(fā)現1號機組負荷不呈正斷型斜面螺旋拉斷脆性斷口形貌鬥,如圖1斷下降,同時(shí)甲循環(huán)泵真空、電流和壓力均不斷r示。下降,就地檢查該循環(huán)水泵發(fā)現電機傳動(dòng)端、泵此外，從鍵槽處斷口的形貌看,此次斷裂的側自由端軸承端蓋破損,停泵后發(fā)現循環(huán)水泵軸裂紋源在鍵槽底部的尖角處即該軸應力集中最斷裂。大的部位,如圖2所示。從圖中可以看出鍵槽底部的討渡角為90°1試驗研究直角,無(wú)任何中國煤化工: 到鍵槽時(shí)，該循環(huán)水泵軸的設計材質(zhì)為40Cr,規格為其底部的尖角MH. CNMH G到拘束,同.46華北電力技術(shù)NORTH CHINA ELECTRIC POWERNo. 32013斜面螺旋拉斷斷裂(a) 100x圖1軸斷口宏觀(guān)形 貌裂紋源20正m(h) 500x圖3循環(huán)水泵軸金相顯微組織圖2斷口裂紋源形 貌時(shí)應力集中大大超過(guò)材料的許用應力,致使裂紋氏體,而粗大網(wǎng)狀鐵素體+珠光體應為正火處理后的組織。粗大的網(wǎng)狀鐵素體和珠光體晶粒會(huì )源形成。使材料的斷裂韌性顯著(zhù)下降(一5。據此,可以判1.2化學(xué)成分 分析對斷裂的循環(huán)水泵軸進(jìn)行化學(xué)成分檢測,結斷,該軸在加工過(guò)程中未按照要求進(jìn)行調質(zhì)處理是造成組織異常的主要因素。果如表1所示。從表中可以看出循環(huán)水泵軸的.1.4 斷口掃描電子顯微(SEM)分析化學(xué)成分中各元素含量符合標準(21對40Cr材料.利用掃描電子顯微鏡對循環(huán)水泵軸沖擊試樣各元素含量的要求,說(shuō)明該水泵軸不存在材料錯的斷口進(jìn)行分析,可以看出,其斷口呈現沿脆性解用的情況。理面發(fā)生的扇型脆性穿晶解理斷裂,解理扇中可以表1循環(huán)水泵軸化學(xué) 成分檢測結果觀(guān)察到許多細小的河流花樣,如圖4所示。元素標準值實(shí)測值C0.37 -0.440. 38si0.17 ~0.370. 231n0.50-0.800.65r0.80-1.10.0.951.3顯微組織分析對斷裂的循環(huán)水泵軸沿橫截面從表面到心部全部進(jìn)行金相顯微組織檢測,發(fā)現軸體整個(gè)橫斷面的組織均為沿晶分布的粗大網(wǎng)狀鐵素體+圖4循環(huán)水泵 軸沖擊斷口SEM照片珠光體組織,如圖3所示。由于該軸的金相組織中存在大量沿晶分布采用40Cr鍛鋼鍛造水泵軸,其制造工藝流程的體心立方a鐵素體，故該軸的斷裂應是在正應.應為:下料-鍛造調質(zhì)處理-熱加工-中頻感應淬力作用下沿彼此平行的一-組低指數|1001解理晶.火余溫回火-精加工。調質(zhì)處理是提高鋼的強面發(fā)生的脆性列中國煤化工韌性的最可靠的熱處理方式,經(jīng)調質(zhì)處理后鍛件1.5 力學(xué)性軸的組織應為強韌性很高的晶粒細小的回火索TYHC NMH G,對循環(huán)水水和近行吊鹼位刀儀帛溫沖擊性.No.3 2013華北電力技術(shù)NORTH CHINA ELECTRIC POWER4能檢測,結果如表2所示?？梢钥闯?該循環(huán)水應力作用下,首先在鍵槽底部尖角應力最為集中泵軸的屈服強度、抗拉強度及沖擊吸收功等力學(xué)的地方萌生裂紋并失穩擴展,進(jìn)而導致軸發(fā)生正性能均低于標準要求(2]。說(shuō)明材料的強度、塑性.斷型斜面螺旋拉斷脆性斷裂。及沖擊韌性都很差。造成軸體材料沖擊韌性差建議首先應使用經(jīng)正確熱處理后得到的組的主要原因是沿晶分布的大量晶粒粗大的網(wǎng)狀織和性能合格的材料制作水泵軸等重要軸類(lèi)轉鐵素體的存在使得材料晶間結合力減弱,脆性增動(dòng)部件;其次,在設計時(shí)應考慮更加合理的鍵槽大,沖擊韌性下降。而材料的沖擊韌性與斷裂韌底部尖角的過(guò)渡形式,避免尖角處由于應力過(guò)度性相關(guān),沖擊韌性高的材料,其斷裂韌性也高”。集中而形成裂紋的可能;此外,還應合理安排循環(huán)水泵的運行方式及參數,防止過(guò)負荷運行造成表2循環(huán)水泵軸力學(xué) 性能檢測結果屈服強度抗拉強度 斷后延伸率 沖擊 吸收功的軸體應力水平異常升高等現象,使其處于更加合理的運行狀態(tài),避免再次發(fā)生類(lèi)似斷裂事故。Rg/MPa R._/MPaA/%Au2/J標準值≥785≥980≥9≥47參考文獻檢測值34866418.040. I[1]陳君才.金屬構件的失效分析[ M].成都:成都科技大斷裂力學(xué)裂紋臨界尺寸計算公式為:學(xué)出版社,1987.(1)[2]CB/T 3077-1999 ,合金結構鋼[S].[3]姜錫山,趙晗.鋼鐵顯微斷口速查手冊[M].北京:機式中: a.為裂紋臨界尺寸，K。為材料的斷裂韌械工業(yè)出版社,2010.性，σ為拉應力。[4] C. Vishnevsky , E. A. Stcigerwald. Influence of Alloying由式(1)可知,在一定的應力水平下,材料斷Elements on the Toughness of Low Alloy Martensitic HighStrength Steels[ R]. Report CR 68-09 ( F) , Army Materials裂韌性與其允許存在的臨界裂紋尺寸成正比[8]。and Mechanics Research Center , Watertown, MA ,Nov 1968.因此,材料的脆性與裂紋的臨界尺寸成反比,脆5] w. Dahl, w. B. Kretzchmann. Influence of Precracking ;性越大,允許存在的裂紋臨界尺寸越小,材料對and Grain Size on Fracture Toughness of Structure Steels[J].裂紋的敏感性就越強,抵抗斷裂的能力就越弱。Fracture, 1977 , Vol2A:17-21.同時(shí),材料斷裂韌性的降低,使得其抵抗裂紋擴[6]趙健生.斷裂力學(xué)及斷裂物力[M].武漢:華中科技大展的能力也減弱,因此其裂紋失穩擴展的速度也學(xué)出版社,2003.很快,進(jìn)而造成軸體失穩斷裂。[7]鐘群鵬,趙子華.斷口學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2006.2結論及建議[8]蔡文河,嚴蘇星.電站重要金屬部件的失效及監督綜合以上試驗及分析認為,該循環(huán)水泵軸斷[M].北京:中國電力出版社,2009.裂的主要原因是加工過(guò)程中調質(zhì)處理工藝不當,收稿日期:2012-01-21作者簡(jiǎn)介:張濤(1982-),男,內蒙古人,畢業(yè)于北京科技大學(xué)，生成大量晶粒粗大且強度很低的網(wǎng)狀鐵素體沿工學(xué)碩士,工程師,主要從事電力工業(yè)設備無(wú)損檢測及失效分析珠光體晶界分布,使晶間結合力減弱,嚴重削弱.工作。了材料的強度和韌性,導致軸在高負荷、周期性(本文編輯杜秋平)興*業(yè)義*蘭***業(yè)*****************興****業(yè)**業(yè)*業(yè)興業(yè)業(yè)業(yè)當***業(yè). 電力動(dòng)態(tài)●內蒙古赤峰2011年風(fēng)電裝機規模將達到111.4萬(wàn)kW到2011年底,赤峰市風(fēng)電裝機規模將達到111.4萬(wàn)kW。截至2007年底,赤峰市已建成并投入生產(chǎn)的風(fēng)電場(chǎng)有5處,包括達里風(fēng)電場(chǎng)、賽罕壩風(fēng)電流、東山風(fēng)電場(chǎng)、五道溝風(fēng)電場(chǎng)和烏套海風(fēng)電場(chǎng),裝機規模48. 81萬(wàn)kW,占全國風(fēng)電裝機規模的8.26% ;占內蒙古風(fēng)電裝機規模的31.22%。2008年,赤峰市在建并將于年底前竣工投產(chǎn)的風(fēng)電場(chǎng)有7處,包括中國大唐公司達里風(fēng)電場(chǎng)四.五期工程,賽罕壩風(fēng)電場(chǎng)三、四期工程,東山風(fēng)電場(chǎng)二期工程,赤峰龍源公司五道溝風(fēng)電場(chǎng)二、三期工程,億合公風(fēng)電場(chǎng)一期工程,匯峰公司烏套海南風(fēng)電場(chǎng)-期工程和寶航公司煤窯山風(fēng)由場(chǎng)-期工程,裝機規模達62.6萬(wàn)kW。根據規劃,到2010年.赤峰市風(fēng)電裝機規模將突破200中國煤化工中裝機規模將達到755萬(wàn)kW。YHC NMHGH部供稿.