150 MW火电机组循环水泵轴断裂原因分析

No.3 2013华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWER4:150MW火电机组循环水泵轴断裂原因分析张涛',田力男',田峰',韩晓春”,赵元元”,李红',侯国新'(1.内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特010020;2. 内蒙古华电乌达热电有限公司,内蒙古乌海016040)商要:1号机组甲循环水泵轴在运行中发生断裂,经综合试验分析认为,循环水泵轴断裂的主要原因是加工.过程中未进行调质处理,生成大量晶粒粗大且强度很低的网状铁素体沿珠光体晶界分布,使晶间结合力减弱,严重削弱了材料的强度和韧性。此外,轴在高负荷、周期性应力作用下,首先在键槽底部尖角应力最为集中的地方萌生裂纹并在脆化的组织中迅速失稳扩展,进而导致轴体发生正断型斜面螺旋拉断脆性断裂。关键词:循环水泵轴;调质处理;过负荷;应力集中;断裂.中图分类号:TQO50.7文献标识码:B文章编号: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。为了查清断裂原因,利用宏观形貌分0引言析、化学成分检测、金相显微组织检测、断口扫描某发电厂1号机组甲循环泵为卧式双吸单电子分析及力学性能检测等研究方法对轴的断级离心式循环水泵,其进水温度为5 ~50 C,设裂原因进行了分析。计流量为10 872/9 072 t/h,设计扬程为16. 78/1.1 宏观形貌分析22.75m,转速为750r/min,正常运行出口压力为对断裂的循环水泵轴进行宏观形貌检察,其0.18~0.19 MPa,电流为82 ~89 A范围内,已累断口没有塑性变形,断裂面垂直于正应力方向，计运行约20625 h。运行中发现1号机组负荷不呈正断型斜面螺旋拉断脆性断口形貌鬥,如图1断下降,同时甲循环泵真空、电流和压力均不断r示。下降,就地检查该循环水泵发现电机传动端、泵此外，从键槽处断口的形貌看,此次断裂的侧自由端轴承端盖破损,停泵后发现循环水泵轴裂纹源在键槽底部的尖角处即该轴应力集中最断裂。大的部位,如图2所示。从图中可以看出键槽底部的讨渡角为90°1试验研究直角,无任何中国煤化工: 到键槽时，该循环水泵轴的设计材质为40Cr,规格为其底部的尖角MH. CNMH G到拘束,同.46华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWERNo. 32013斜面螺旋拉断断裂(a) 100x图1轴断口宏观形 貌裂纹源20正m(h) 500x图3循环水泵轴金相显微组织图2断口裂纹源形 貌时应力集中大大超过材料的许用应力,致使裂纹氏体,而粗大网状铁素体+珠光体应为正火处理后的组织。粗大的网状铁素体和珠光体晶粒会源形成。使材料的断裂韧性显著下降(一5。据此,可以判1.2化学成分 分析对断裂的循环水泵轴进行化学成分检测,结断,该轴在加工过程中未按照要求进行调质处理是造成组织异常的主要因素。果如表1所示。从表中可以看出循环水泵轴的.1.4 断口扫描电子显微(SEM)分析化学成分中各元素含量符合标准(21对40Cr材料.利用扫描电子显微镜对循环水泵轴冲击试样各元素含量的要求,说明该水泵轴不存在材料错的断口进行分析,可以看出,其断口呈现沿脆性解用的情况。理面发生的扇型脆性穿晶解理断裂,解理扇中可以表1循环水泵轴化学 成分检测结果观察到许多细小的河流花样,如图4所示。元素标准值实测值C0.37 -0.440. 38si0.17 ~0.370. 231n0.50-0.800.65r0.80-1.10.0.951.3显微组织分析对断裂的循环水泵轴沿横截面从表面到心部全部进行金相显微组织检测,发现轴体整个横断面的组织均为沿晶分布的粗大网状铁素体+图4循环水泵 轴冲击断口SEM照片珠光体组织,如图3所示。由于该轴的金相组织中存在大量沿晶分布采用40Cr锻钢锻造水泵轴,其制造工艺流程的体心立方a铁素体，故该轴的断裂应是在正应.应为:下料-锻造调质处理-热加工-中频感应淬力作用下沿彼此平行的一-组低指数|1001解理晶.火余温回火-精加工。调质处理是提高钢的强面发生的脆性列中国煤化工韧性的最可靠的热处理方式,经调质处理后锻件1.5 力学性轴的组织应为强韧性很高的晶粒细小的回火索TYHC NMH G,对循环水水和近行吊硷位刀仪帛温冲击性.No.3 2013华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWER4能检测,结果如表2所示。可以看出,该循环水应力作用下,首先在键槽底部尖角应力最为集中泵轴的屈服强度、抗拉强度及冲击吸收功等力学的地方萌生裂纹并失稳扩展,进而导致轴发生正性能均低于标准要求(2]。说明材料的强度、塑性.断型斜面螺旋拉断脆性断裂。及冲击韧性都很差。造成轴体材料冲击韧性差建议首先应使用经正确热处理后得到的组的主要原因是沿晶分布的大量晶粒粗大的网状织和性能合格的材料制作水泵轴等重要轴类转铁素体的存在使得材料晶间结合力减弱,脆性增动部件;其次,在设计时应考虑更加合理的键槽大,冲击韧性下降。而材料的冲击韧性与断裂韧底部尖角的过渡形式,避免尖角处由于应力过度性相关,冲击韧性高的材料,其断裂韧性也高”。集中而形成裂纹的可能;此外,还应合理安排循环水泵的运行方式及参数,防止过负荷运行造成表2循环水泵轴力学 性能检测结果屈服强度抗拉强度 断后延伸率 冲击 吸收功的轴体应力水平异常升高等现象,使其处于更加合理的运行状态,避免再次发生类似断裂事故。Rg/MPa R._/MPaA/%Au2/J标准值≥785≥980≥9≥47参考文献检测值34866418.040. I[1]陈君才.金属构件的失效分析[ M].成都:成都科技大断裂力学裂纹临界尺寸计算公式为:学出版社,1987.(1)[2]CB/T 3077-1999 ,合金结构钢[S].[3]姜锡山,赵晗.钢铁显微断口速查手册[M].北京:机式中: a.为裂纹临界尺寸，K。为材料的断裂韧械工业出版社,2010.性，σ为拉应力。[4] C. Vishnevsky , E. A. Stcigerwald. Influence of Alloying由式(1)可知,在一定的应力水平下,材料断Elements on the Toughness of Low Alloy Martensitic HighStrength Steels[ R]. Report CR 68-09 ( F) , Army Materials裂韧性与其允许存在的临界裂纹尺寸成正比[8]。and Mechanics Research Center , Watertown, MA ,Nov 1968.因此,材料的脆性与裂纹的临界尺寸成反比,脆5] w. Dahl, w. B. Kretzchmann. Influence of Precracking ;性越大,允许存在的裂纹临界尺寸越小,材料对and Grain Size on Fracture Toughness of Structure Steels[J].裂纹的敏感性就越强,抵抗断裂的能力就越弱。Fracture, 1977 , Vol2A:17-21.同时,材料断裂韧性的降低,使得其抵抗裂纹扩[6]赵健生.断裂力学及断裂物力[M].武汉:华中科技大展的能力也减弱,因此其裂纹失稳扩展的速度也学出版社,2003.很快,进而造成轴体失稳断裂。[7]钟群鹏,赵子华.断口学[M].北京:高等教育出版社，2006.2结论及建议[8]蔡文河,严苏星.电站重要金属部件的失效及监督综合以上试验及分析认为,该循环水泵轴断[M].北京:中国电力出版社,2009.裂的主要原因是加工过程中调质处理工艺不当,收稿日期:2012-01-21作者简介:张涛(1982-),男,内蒙古人,毕业于北京科技大学，生成大量晶粒粗大且强度很低的网状铁素体沿工学硕士,工程师,主要从事电力工业设备无损检测及失效分析珠光体晶界分布,使晶间结合力减弱,严重削弱.工作。了材料的强度和韧性,导致轴在高负荷、周期性(本文编辑杜秋平)兴*业义*兰***业*****************兴****业**业*业兴业业业当***业. 电力动态●内蒙古赤峰2011年风电装机规模将达到111.4万kW到2011年底,赤峰市风电装机规模将达到111.4万kW。截至2007年底,赤峰市已建成并投入生产的风电场有5处,包括达里风电场、赛罕坝风电流、东山风电场、五道沟风电场和乌套海风电场,装机规模48. 81万kW,占全国风电装机规模的8.26% ;占内蒙古风电装机规模的31.22%。2008年,赤峰市在建并将于年底前竣工投产的风电场有7处,包括中国大唐公司达里风电场四.五期工程,赛罕坝风电场三、四期工程,东山风电场二期工程,赤峰龙源公司五道沟风电场二、三期工程,亿合公风电场一期工程,汇峰公司乌套海南风电场-期工程和宝航公司煤窑山风由场-期工程,装机规模达62.6万kW。根据规划,到2010年.赤峰市风电装机规模将突破200中国煤化工中装机规模将达到755万kW。YHC NMHGH部供稿.