温度对汽轮机叶片机械性能的影响
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摘要: 在火力发电厂中,汽轮机运行一段时间后,叶片会产生裂纹和变形,温度对叶片的影响是不容忽视的一个因素,结合汽轮机运行情况,针对温度的变化对叶片机械性能的影响进行分析,找出可借鉴的规律性内容,可以进一步指导生产实践,对于节能降耗更有积极意义。
Abstract: After period of turbine operation in coal-fired power plants the blade will crack and be out of shape, so the temperature is a non-negligible factor to the blade, combining with operation of steam turbine , in view of the impact of temperature change to mechanical properties, this paper summarizes the principles to further guide the production practice which is used for energy consumption.
关键词: 回火;回火脆性;晶界
Key words: tempering;temper brittleness;crystal boundary
中图分类号:TH17文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0154-01
0引言
工作在电厂的人都知道,汽轮机运行一段时间后,叶片总会出现变形甚至产生裂纹,究竟是什么原因造成的呢?为此,人们进行了长期摸索,得知绝大多数损坏是汽轮机叶片由于共振导致的强度疲劳所造成的。关于振动对叶片的作用,已经有许多资料进行了比较详细的分析讨论,但是关于温度对叶片的影响却鲜见说明,而事实上,这种影响是非常重要的。因此本文将就温度的变化对叶片机械性能的影响加以分析,这一研究工作将会对实际的生产过程产生一定的参考价值。
1叶片机械性能同其工作温度的关系
要想弄清楚叶片机械性能同其工作温度的关系,首先就要知道汽轮机叶片的材质,这样我们才可以根据它所含的合金成分(特别是主要成分)的含量来判断叶片的各项机械性能,进而 来研究温度的变化对叶片机械性能的影响。
通常,电厂中的汽轮机叶片是由1Cr13型低碳马氏体不锈钢制造的。显然,此钢含碳量较低,因此它有很高的硬度;同时钢中含铬量较高能使钢的电极电位明显升高,可以增强钢件的耐腐蚀性,而且这种钢中大量的铬使得此型钢有很好的淬透性。1Cr13钢淬火加热是为了得到单项奥氏体,让碳化物充分溶解而又不过分粗大。钢件淬火后采用了较高的温度进行回火处理,这样能使碳化物聚集长大,弥散度减小,合金元素扩散较充分,使碳化物周围的贫铬区获得平衡的铬浓度,经过这种处理就可以提高钢件的塑性。所以,1Cr13钢具有很好的综合机械性能,常被用来制造汽轮机叶片等机械零件。但是由于此钢属于马氏体型,它具有回火脆性倾向,因此回火后采用了较快的冷却速度来避免回火脆性,特别是低温回火脆性的产生。
为了便于说明问题,让我们先简单了解一下回火和回火脆性。所谓回火,有关资料将它定义为将淬火钢加热到低于临界点的某一温度,保温以后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。钢件在一定的温度范围内回火时,其冲击韧性显著下降,这种现象叫做钢的回火脆性。钢在250―400℃附近范围内出现的回火脆性叫低温回火脆性。通常认为,低温回火脆性是由于马氏体分解时,沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物,降低了晶界的断裂强度,使之成为裂纹扩展的路径,因而导致脆性断裂。到目前为止,还没有一种方法能有效消除低温回火脆性,因此,为防止出现低温回火脆性,应避免在脆性温度范围内回火。
事实上,中温中压汽轮机叶片长期工作在420℃―445℃之间,恰好处于脆性温度范围附近,甚至可以认为,它的工作温度在低温回火脆性温度范围内。这种长期工作其实对叶片材质来讲,就是一个保温过程。在这之后,随着机组的停运,叶片逐渐冷却至室温。在这一过程中,如果冷却速度缓慢就会使马氏体分解充分,叶片的脆性增加。因此,在保证设备安全的前提下,停机时应尽量提高机组冷却速度,使叶片温度能较快地降到低温回火脆性温度下限以外,防止叶片由此引起的机械性能下降。
2提高叶片冷却度的方法
在此,我们需要以一台具体型式的汽轮机为例来进行分析说明。这是因为,不同型式的汽轮机,它的结构和工作原理会存在差别,比如凝汽式和背压式。我们不妨以凝汽式汽轮机为例来分析一下,究竟哪些因素能够影响到汽轮机叶片的冷却速度并寻找能够提高叶片冷却速度的方法。
首先我们应想到的当然是主汽温度。在停机前,主蒸汽温度越低,那么停机后汽轮机叶片也就会越快地达到室温。但是主蒸汽温度也不能随意降低,这还要合乎机组运行的安全规范。也就是说,尽量使其接近工作温度的最低值。
其次,机组所用油的温度低一点,也可以改善其与机组轴承间的换热,尽快地带走机组内的热量,起到降温的作用。因此,通过调节冷油器的冷却水流量可以起到促进汽轮机叶片快速冷却的作用。
再次,凝汽式汽轮机的凝汽器,在机组运行时,调整它的运行参数可以降低排汽室温度,使机组排汽在凝汽器内冷却并凝结,在此形成真空,可以提高机组的经济性;在机组停运时,还可以通过调整它降低排汽室温度使机组内的一部分热量能够被很快排出。因此,适当延长循环水泵和凝结水泵的工作时间是有必要的。这样做可以提高机组的安全性,能够延长机组运行的周期,从而使成本显著降低,而消耗的电能很少,完全可以忽略不计。
最后需要提到的是,机组停运过程中及时排除疏水,对于机组的快速冷却也是非常必要的。
3结论
通过以上的分析我们知道,主蒸汽温度降低时,不但影响机组这运行的经济性也威胁着机组的运行安全,会造成较大危害。若基一指标超过规定值,则应按规定进行处理。在实际的生产过程中,只要我们能够切实根据设备特点合理安排操作,那么就能够提高机组运行的安全性,就能够使设备运行周期得到延长,这样一来,生产成本自然降。
因此,开发先进科技只是我们的目标,而合理利用现有技术条件,才是我们实际生产部门的根本。
参考文献:
[1]崔忠圻.金属学与热处理.哈尔滨工业大学,1989,(11).
[2]席洪藻.汽轮机设备及运行.山东省电力学校,1988,(6).