第2题:
造成汽轮主要零件失效的原因是什么?汽轮机的寿命如何定义?影响汽轮机寿命的主要因素有哪些?
正确答案:
汽轮机的主要零件是汽缸和转子。在启动、停机和负荷变化过程中,因转速或温度的变化,其中将出现交变应力。在这种交变应力的反复作用下,造成转子材料脆化而产生疲劳裂纹。另外,在高温条件下承受应力的零件,将产生蠕变。工作温度愈高,承受的应力愈大,材料蠕变速度越快。高温蠕变使金属内部晶格产生塑性变形,蠕变的积累,晶格边界产生滑移,甚至晶格内部出现微观裂纹。一旦出现裂纹,在裂纹的尖端形成极大的应力集中,使裂纹继续扩展,以致断裂。发现汽缸出现少数裂纹时,可以补焊修复。一旦大面积出现众多裂纹,无法补焊,裂纹继续扩展,其深度达极限值时,汽缸便失效。
发现转子表面出现少量裂纹时,可以进行车削。转子车削后,其刚度降低,临界转速随之降低。当临界转速或其倍数与工作转速的差值小于规定的避开率,机组将出现异常振动,转子再无法使用。若转子出现裂纹未被发现,其周向刚度不对称,而使机组出现异常振动。裂纹尺寸愈大,振动愈强烈。
当转子因裂纹引起的振动超限,而又无法车削修复时,转子即失效报废。总之:材料在交变应力作用下,产生疲劳裂纹;在高温条件下承受应力产生蠕变裂纹,又无法修复,是造成汽缸和转子失效的原因。汽轮机是以其转子的使用寿命,作为汽轮机的使用寿命。从新机投入运行,至转子出现第一条可观察到的宏观裂纹,所经历的低周交变应力循环次数,定义为汽轮机的疲劳寿命。从转子出现第一条可见裂纹到转子失效,所经历的低周交变应力的循环次数,定义为残余寿命。汽轮机的使用寿命是转子的疲劳寿命和残余寿命之和。影响汽轮机寿命的主要因素有:转子承受交变应力的幅值;工作温度的高低;承受应力的大小和持续时间。交变应力的幅值主要取决于零件温度的变化速度,既取决于机组的升速速度和变负荷速度。机组的负荷愈大,工作温度愈高,承受的应力愈大,材料蠕变速度越快。而持续时间愈长,蠕变损伤愈大。