1裂紋情況
　　河北省南部電網(wǎng)某廠#2機(jī)為上海產(chǎn)單缸沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，1972年6月投產(chǎn)，容量50 MW，型號(hào)為N5090，運(yùn)行至1986年，更換了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。2003年10月，在該機(jī)組大修的過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)速級(jí)及汽封處發(fā)現(xiàn)裂紋，見(jiàn)圖1。
　　經(jīng)河北省電力研究院鍋檢中心對(duì)該處裂紋進(jìn)行深度測(cè)量，結(jié)果為：A處裂紋深度13.6 mm，B處4.4mm，C處3.5 mm。
2原因分析
　　該缺陷嚴(yán)重了影響機(jī)組的安全運(yùn)行，排除制造因素，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋主要是由于交變熱應(yīng)力引起的金屬疲勞損傷超出了材料的屈服極限而造成的，原因分析如下。
　　a. 隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，該廠在20世紀(jì)90年代初成為河北省南部電網(wǎng)的主要調(diào)峰廠之一，機(jī)組啟/停次數(shù)增加，造成低周熱疲勞率增加，機(jī)組在多次交變應(yīng)力作用下，引起金屬材料內(nèi)部微觀缺陷的發(fā)展，從而造成金屬熱疲勞，引發(fā)金屬裂紋。
　　b. 機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中暖機(jī)時(shí)間短，熱應(yīng)力大。該機(jī)組啟動(dòng)時(shí)存在負(fù)差脹過(guò)大的缺陷，為控制差脹，保證機(jī)組的正常順利啟動(dòng)，從沖車(chē)到機(jī)組接帶初始負(fù)荷的時(shí)間比較短，蒸汽流量快速增大，加劇金屬溫升，造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子尤其是高調(diào)門(mén)部位和高壓側(cè)軸封處熱應(yīng)力較大；另外，根據(jù)調(diào)度的預(yù)計(jì)負(fù)荷安排，從并網(wǎng)到帶滿(mǎn)負(fù)荷，暖機(jī)時(shí)間明顯不足，這些都會(huì)加大轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力。
　　c. 冷機(jī)的鄰機(jī)啟動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子的損壞程度尤其大，在用額定參數(shù)的蒸汽沖車(chē)時(shí)，蒸汽會(huì)在金屬表面進(jìn)行劇烈的凝結(jié)放熱，使汽缸和轉(zhuǎn)子外表溫度急劇上升，尤其是轉(zhuǎn)子加熱面積大，升溫更快，轉(zhuǎn)子表面所受的熱壓應(yīng)力就更大，當(dāng)熱壓應(yīng)力超過(guò)金屬材料的屈服極限后，就會(huì)在該處產(chǎn)生局部塑性變形。隨著轉(zhuǎn)子的不斷加熱，其承受的熱應(yīng)力減小，但塑性變形不會(huì)隨著轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的減小而自行恢復(fù)，它在周?chē)鷱椥詤^(qū)的影響下會(huì)出現(xiàn)殘余拉伸應(yīng)力，在高溫條件下，該殘余應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小，即金屬松弛現(xiàn)象，尤其在軸徑最大的前汽封和調(diào)節(jié)級(jí)處，這種金屬變形現(xiàn)象更明顯。若鄰機(jī)啟動(dòng)次數(shù)增加，其損壞程度更加嚴(yán)重，這樣轉(zhuǎn)子表面很快就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。
　　d. 機(jī)組超速試驗(yàn)使轉(zhuǎn)子裂紋加劇。在做超速試驗(yàn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子離心力加大，停下來(lái)后產(chǎn)生泊桑效應(yīng)，每多做一次超速試驗(yàn)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)子的危害就會(huì)加大一次。
　　e. 機(jī)組消缺時(shí)，需將汽缸溫度降到很低，強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)，使汽輪機(jī)帶很少的負(fù)荷， 到汽輪機(jī)的最后幾級(jí)，甚至變成了鼓風(fēng)機(jī)，因機(jī)組鼓風(fēng)損失產(chǎn)生的熱量帶不走，溫度很高，而蒸汽處于低溫、低壓狀態(tài)，使機(jī)組產(chǎn)生很大的熱變形，也會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋。
　　f. 在1999年10月大修前，該機(jī)一直存在著機(jī)組振動(dòng)大的缺陷，大修檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子第17級(jí)斷裂5片，第19級(jí)斷裂3片，掉葉片會(huì)引起轉(zhuǎn)子運(yùn)行失去平衡，長(zhǎng)期運(yùn)行造成金屬疲勞損傷，引發(fā)轉(zhuǎn)子裂紋。
　　g. 在機(jī)組找振動(dòng)加平衡塊過(guò)程中，機(jī)組轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，機(jī)組需要保持真空，仍然需要送汽封，這時(shí)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子影響是最嚴(yán)重的。處于靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)子局部受熱，膨脹不均勻，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱變形，也會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋。