Инструкция по контролю и продлению срока службы металла основных элементов турбин и компрессоров энергетических газотурбинных установок

* В графе 4 данной таблицы используются следующие сокращения: ВК - визуальный контроль; ЦД - цветная дефектоскопия; ВТД - вихретоковая дефектоскопия; М-ЛЮМ-А - магнитно-люминесцентная дефектоскопия; ЛЮМ-А - люминесцентная дефектоскопия; МПД - магнитопорошковая дефектоскопия; ТВ - измерение твердости металла; МР - исследование микроструктуры металла методом реплик; ИМ - исследование химического состава, микроструктуры и механических свойств на вырезках заготовок образцов из деталей

3.5. При визуальном контроле деталей обращают внимание, помимо трещин, на присутствие рисок, острых кромок, выполненных с отступлением от чертежных размеров, наличие коррозии или эрозии, солевых отложений, цветов побежалости, притертостей (следов задеваний), концентраторов напряжений в виде острых углов или наличия сварочного грата у отверстий под демпферную связь в лопатках, непроваров в сварных швах, коробления в корпусах цилиндров и других деталях турбин и компрессоров.

Визуальный контроль осуществляется перед зачисткой, после промывки и очистки от окалины, отложений и пыли поверхностей деталей для обнаружения видимых дефектов и определения степени подготовки поверхности металла для проведения дефектоскопии специальными методами. При ВК могут быть использованы оптические средства, например лупы ЛПК-470, ЛПК-171, БЛ-1, БЛ-2, эндоскопы в недоступных местах.

3.6. Наблюдение за состоянием металла деталей ГТУ предусматривает их контроль современными средствами и неразрушающими методами дефектоскопии и исследования (УЗД, МПД, М-ЛЮМ-А, ЛЮМ-А, ВТД, ТВ переносными приборами, МР и др.) в зависимости от примененного материала - аустенитных (на никелевой и железоникелевой основе), перлитных, хромистых сталей и защитных покрытий различных марок на лопатках, зон контроля деталей, вида, места расположения дефектов и удобства проведения контроля. Не допускается химическое травление металла для выявления трещин..

3.7. На валах роторов турбин и компрессоров при наличии на них разгрузочных канавок обязательному контролю подвергается дно канавок на отсутствие кольцевых трещин после тщательной подготовки поверхности путем зачистки без нарушения геометрии канавок.

3.8. На рабочих и сопловых (направляющих) лопатках турбины и компрессора контролю подвергаются входные и выходные кромки на ширине 10-15 мм со стороны спинки и корыта по всей длине лопатки и места радиусного перехода пера к замку на полосе 30 мм по ширине лопатки, включая кромки. Хвостовые части рабочих лопаток в сборке с гребнем диска подвергаются контролю с торцов на наличие трещин, выходящих из углов посадочных пазов, гребней диска и полок хвоста рабочих лопаток. В этих же местах при необходимости проверяется твердость металла переносным прибором. Наличие трещин в хвостах рабочих лопаток, компрессоров может выявляться с помощью УЗД полок лопаток.

3.9. Рабочие лопатки турбин, имеющие отверстия под демпферную связь, подвергаются цветной дефектоскопии. Участки поверхности для контроля: у отверстия размером 1010 мм, внутренняя поверхность отверстия по всей площади с радиусными переходами на спинку и корыто лопатки. Поверхность металла этих участков для проведения дефектоскопии подготавливается с помощью тонкой наждачной бумаги без нарушения геометрии лопатки, в особенности радиусных переходов.

3.10. Дефектоскопия лопаток компрессоров проводится после промывки от сажистых отложений 100 % их поверхности.

3.11. Подготовка поверхностей для контроля методами ЦД, ЛЮМ-А осуществляется после промывки и механической полировки контролируемых участков до блестящего металла (до чистоты поверхности 1,25). Для проведения МПД и ВТД требуется очистка поверхности от отложений и грязи (пыли), лопатки с защитными покрытиями перед контролем промываются только водой.

3.12. На корпусных и сварных деталях, выполненных из литья, проката или толстого листа, контролю подвергаются места радиусных переходов и зоны сварных швов после зачистки полос шириной 50 мм с каждой стороны шва.

3.13. Места, вызывающие сомнение при визуальном контроле, подвергаются зачистке и дефектоскопии любым из указанных и подходящих для данной детали методов.

Для продления ресурса эксплуатации деталей ГТУ сверх установленного предприятием-изготовителем срока надо выполнить:

• 
  анализ условий эксплуатации;
  
• 
  изучение результатов контроля металла в исходном состоянии и за весь отработанный срок;
  
• 
  контроль геометрии детали (при необходимости);
  
• 
  исследование структуры и свойств металла (с вырезкой или без вырезки проб из габаритных деталей или на демонтированных лопатках, шпильках и других малогабаритных деталях);
  
• 
  анализ опыта эксплуатации соответствующих деталей;
  
• 
  расчет остаточного ресурса. Весь ресурс принят за 1, доля остаточного ресурса < 1.
  

Для расчета остаточной долговечности нужна полная информация о режимах эксплуатации, хранимая на электростанциях на бумажных и магнитных накопителях:

• 
  параметры установки в типовых и аварийных режимах (температура, давление, мощность, длительность), условия окружающей среды, значения неравномерностей температур газа за турбиной;
  
• 
  геометрические размеры детали (при необходимости);
  
• 
  характеристики физико-механических и жаропрочных свойств;
  
• 
  скорость подрастания обнаруженных трещин в отдельных деталях (корпусных и др.).
  

А – поврежденность, соответствующая разрушению

D_c – поврежденность от ползучести, накопленная при

D_у – поврежденность от много- и малоцикловой усталости, накопленная при эксплуатации;

d_f – поврежденность от цикличности нагружения (одного пуска-останова);

d_s – поврежденность от ползучести за 1 ч работы при напряжении а и температуре стационарного режима;

t_о – длительность действия нагрузки в стационарном режиме.

4.3. К эксплуатации сверх установленного ресурса допускаются элементы, металл которых удовлетворяет критериям оценки состояния, приведенным в разделе 6 настоящего Руководства, а также расчетам остаточного ресурса.

5.2. Корпусные детали турбин и компрессоров при наличии трещин глубиной:

• 
  менее 40 % номинальной толщины стенки корпуса турбины или компрессора (литье, листовой прокат); после их выборки следует заварить место выборки;
  
• 
  40 % и более номинальной толщины стенки корпусов; при оценки надежности состояния металла и возможности заварки мест выборки следует вырезать заготовку металла вблизи места расположения трещин, позволяющую изготовить два ударных образца размером 101055 мм и два разрывных образца длиной 36 мм и диаметром головки 6 мм для определения уровня механических свойств.
  

5.3.1. Для принятия решения о продлении срока службы цельнокованых роторов (или их частей) турбин, исчерпавших свой ресурс, после проведения дефектоскопии следует провести:

• 
  исследование МР микроструктуры металла полотна диска первой по ходу газа ступени ротора турбины в двух диаметрально противоположных точках;
  
• 
  измерение твердости металла полотна диска первой по ходу газа ступени ротора турбины в тех же зонах;
  
• 
  расчетно-конструкторский анализ обеспечения нормативных требований по запасам прочности и долговечности.
  

• 
  химического анализа;
  
• 
  макро- и микроструктуры по высоте и ширине пера и хвоста;
  
• 
  механических свойств при комнатной и рабочей температурах, 100-часовой длительной прочности на соответствие требованиям ТУ;
  
• 
  жаропрочных свойств с определением значения предела длительной прочности;
  
• 
  расчетно-конструкторского анализа обеспечения нормативных требований по запасам прочности и долговечности.
  

При наличии антикоррозионного защитного или термобарьерного покрытия на лопатках для оценки его состояния и определения возможности восстановления следует:

• 
  измерить толщину;
  
• 
  определить характер микроповреждений;
  
• 
  измерить твердость (микротвердость);
  
• 
  исследовать микроструктуру;
  
• 
  провести микрорентгеноструктурный анализ.
  

Для принятия решения о продлении срока службы крепежа после проведения дефектоскопии и измерения твердости металла на 100 % шпилек из работавших в горячих зонах разъема корпуса цилиндра отбирается одна, имеющая наименьшую твердость, а другая - максимальной твердости для исследования соответствия их механических свойств нормативным документам.

Твердость измеряется на торце шпильки, количество отпечатков должно быть не менее двух.