УТВЕРЖДЕНО
Приказом
Минэнерго России
от 24.06.2003 г. № 252

ИНСТРУКЦИЯ
ПО ПРОДЛЕНИЮ СРОКА СЛУЖБЫ МЕТАЛЛА
ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТУРБИН
И КОМПРЕССОРОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Вводится в действие

с 24 июня 2003 г.

Настоящая Инструкция (СО 153-34.17.448-2003) распространяется на энергетические газотурбинные установки (ГТУ) с пиковой, полупиковой, базовой нагрузкой, работающие на газообразном и жидком топливе при температуре рабочей среды до 1400 °С, и устанавливает основные требования к организации и проведению контроля за состоянием металла, его периодичность, зоны, методы, объемы и нормы контроля, критерии оценки качества металла основных элементов турбин и компрессоров ГТУ в пределах и по истечении установленного срока службы, а также после аварии.

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Настоящая Инструкция регламентирует порядок, методы, объем, зоны, периодичность для разных режимов и организационную структуру эксплуатационного контроля за состоянием металла деталей действующих ГТУ (эксплуатирующихся и ремонтирующихся в соответствии с нормативами предприятий - изготовителей ГТУ) в пределах установленного ресурса, а также после аварий и при продлении срока их службы сверх установленного.

Все вопросы, относящиеся к функциональной надежности агрегата, реконструкции, модернизации, организация, эксплуатирующая ГТУ, решает с предприятием-изготовителем отдельно до момента продления ресурса металла ГТУ.

Контроль проводится с целью выявления дефектов (трещин, коррозионно-эрозионных язвин, зон перегревов в виде цветов побежалости, сколов, отшелушивания защитных покрытий и др.) в деталях и узлах энергооборудования ГТУ и обеспечения надежной эксплуатации до проведения очередного контроля.

1.2 Ресурс стационарных ГТУ, в том числе в составе ПГУ, принимается в соответствии с ГОСТ, по нему должны обеспечиваться режимы работы в соответствии с классами использования, указанными в таблице 1.

Таблица 1 - Режим работы стационарных ГТУ

Ресурс ГТУ в соответствии с ГОСТ должен быть не менее указанных в таблице 2.

Таблица 2 - Ресурс работы стационарных ГТУ

В технических условиях для ГТУ каждого типа указан ограниченный ресурс для некоторых базовых узлов и деталей (например, лопаток, жарового узла камер сгорания и др.). Эти детали имеют срок службы не менее ресурса между капитальными ремонтами или кратный ему.

1.3 При эксплуатации металл контролируется в основном во время плановых остановок оборудования ГТУ. Как и для паровых турбин, он проводится силами аттестованных лабораторий металлов или службы металлов, ремонтных, специализированных предприятий.

При диагностировании оборудования ГТУ допускается применение новых методов и средств неразрушающего контроля, не указанных в настоящей Инструкции, после их утверждения в установленном порядке.

1.4 Детали и элементы оборудования считаются пригодными к дальнейшей эксплуатации, если результаты контроля подтвердят, что состояние основного и наплавленного металла, а также защитных антикоррозионных и термобарьерных покрытий удовлетворяет требованиям настоящей Инструкции и действующей нормативной документации.

1.5 Если результаты контроля окажутся неудовлетворительными для отдельных ответственных деталей или узлов, для анализа и дополнительного исследования металла привлекаются предприятие-изготовитель и научно-исследовательские организации. При этом рассматриваются результаты контроля за все время эксплуатации поврежденных деталей или узлов (акты) и другие необходимые документы, анализируются все случаи однотипных повреждений, при необходимости составляется программа исследования, разработанная одной из организаций или совместно перечисленными организациями в соответствии с нормативной документацией.

1.6 Перед началом планового ремонта ГТУ при назначении объема контроля необходимо учитывать температурно-временной режим эксплуатации.

В случае забросов температуры газов выше допустимых, согласно инструкции предприятия - изготовителя ГТУ, проводится внеочередной контроль лопаточного аппарата и других деталей и элементов горячего тракта.

В действующих агрегатах не допускается нагрев выше 1200 °С (3 мин. и более) лопаток первых ступеней, выполненных из литых никелевых сплавов, и выше 900 °С (3 мин. и более) - выполненных из деформируемых сплавов (штампованные лопатки). При достижении указанных температур металл разупрочняется, его прочностные характеристики не удовлетворяют требованиям ТУ и возможно разрушение лопаток. При этом необходимо остановить турбину для проведения дефектоскопии и исследования металла лопаток.

1.7 Визуальному контролю подлежат 100 % деталей оборудования. При необходимости можно использовать лупы, эндоскопы и другие оптические средства.

Специальному контролю подлежат элементы энергооборудования ГТУ (лопатки, диски и др.), работающие в режимах, которые могут вызывать возникновение и развитие процессов ползучести, окалинообразования, коррозии, эрозии, усталости, термоусталости, а также изменение структуры и механических свойств под воздействием высоких температур и напряжений, и элементы (корпуса цилиндров, обоймы турбин, коллекторы и др.), работающие в режимах, при которых под влиянием теплосмен протекают процессы коробления вследствие накопления остаточной деформации.

1.8 Работа каких-либо деталей газовых турбин с трещинами не разрешается. Их необходимо демонтировать или подвергнуть ремонту.

1.9 Рабочие и сопловые (направляющие) лопатки с трещинами должны быть заменены новыми. Если на лопатках повторяются одни и те же характерные повреждения, должна быть заменена вся ступень, а причины повреждения установлены при лабораторных исследованиях.

Решение о необходимости небольшого ремонта лопаток в условиях электростанции (выборка мелких единичных трещин, рихтовка небольших забоин, вмятин в ненапряженных зонах лопаток и др.) и последующего контроля в местах ремонта принимается предприятием-изготовителем и техническим руководителем электростанции.

Вопрос о дальнейшей эксплуатации всей ступени лопаток решается после анализа причин повреждения (трещины, язвины и др.) хотя бы одной лопатки.

1.10 Все обнаруженные при контроле трещины в корпусах цилиндров турбин и компрессоров и других ответственных деталей (коллекторов, пламенных труб и др.) должны быть выбраны абразивным инструментом. Полнота выборки контролируется методом ЦД и МПД. В зависимости от глубины выборки место выборки заваривается или оставляется без заварки.

Структура металла по результатам металлографических исследований вырезок, реплик (корпуса цилиндров турбин, роторы и др.) не должна иметь аномальных изменений по сравнению с исходным состоянием.

Механические свойства и микроструктура металла направляющих и рабочих лопаток после длительных наработок должны удовлетворять требованиям технических условий или критериев надежности.

1.11 Все виды неразрушающего контроля, измерения, определение механических свойств, исследование микроструктуры металла, расчеты на прочность следует проводить в соответствии с требованиями государственных и отраслевых стандартов, заводских или отраслевых инструкций.

Аппаратура, ее чувствительность, методики и эталоны настройки, применяемые для контроля, должны соответствовать требованиям нормативных документов к конкретным видам контроля и пройти проверку в установленные сроки.

1.12 Для ответственных деталей небольших размеров (лопатки, крепеж и др.) предусматривается периодическое изъятие их для проведения исследования металла в лабораторных условиях для оценки его состояния после эксплуатации и определения остаточного ресурса.

1.13 После исчерпания ГТУ установленного ресурса (100000 ч или 5000 пусков, см. таблицу 1) или после 7500 пусков, как указано в проектах новых агрегатов, допускается кратковременная эксплуатация сверх указанного срока в пиковом режиме не более 400 ч и 100 пусков, в полупиковом режиме - не более 5000 ч и 100 пусков, в базовом режиме - не более 10000 ч.

Возможность дальнейшей эксплуатации ГТУ определяет организация, эксплуатирующая ГТУ. По результатам обследования составляется формуляр, приведенный в приложении 1, и оформляется решение по форме, приведенной в приложении 2.

1.14 При аварийных остановах с разрушением деталей ГТУ создается экспертно-техническая комиссия, в состав которой рекомендуется включать специалистов предприятия-изготовителя и научно-исследовательских организаций. Причины разрушения металла исследуются по совместно разработанной программе. По результатам исследования металла с установлением причин разрушения деталей предлагаются мероприятия по восстановлению ГТУ (ремонт, замена, возможность и сроки дальнейшей эксплуатации).

1.15 Решение о периодичности, объеме и методах контроля, продлении срока службы отдельных элементов энергооборудования, изготовленных из материалов или по технологии, не вошедших в настоящую Инструкцию, принимается предприятием-изготовителем.

1.16 Проектировщиками и предприятиями-изготовителями оборудования должны быть предусмотрены площадки, смотровые лючки, реперы или указаны зоны на основных деталях для проведения эксплуатационного контроля.

1.17 При исследовании металла после эксплуатации в научно-исследовательских организациях и на предприятии-изготовителе рекомендуется составить программу исследования. При этом предприятие-изготовитель должно предоставить необходимую техническую документацию (технические условия, паспортные данные, чертежи деталей).

1.18 Для определения ресурса и проведения расчетов эквивалентной наработки деталей или ГТУ в целом, а также для разработки рекомендаций о режимах дальнейшей эксплуатации в соответствующих отделах электростанции необходимо хранить следующие данные:

- о продолжительности наработки с дифференциацией по температурным параметрам, общем количестве пусков: холодных, пробных с зажиганиями, со сбоями, ручных, а также об ускоренных нагружениях-разгружениях, аварийных остановах;

- результаты входного и текущего контроля всех основных элементов ГТУ за весь период эксплуатации;

- результаты исследования аварийных отказов;

- сведения о ремонтных работах и замене деталей элементов ГТУ.

1.19 На электростанции должны быть разработаны и утверждены техническим руководителем исполнительные формуляры по контролю за металлом оборудования согласно настоящей Инструкции.

2 ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕМЫ, МЕТОДЫ, СРОКИ ПРОВЕДЕНИЯ И ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА ДЕТАЛЕЙ К КОНТРОЛЮ В ПРЕДЕЛАХ УСТАНОВЛЕННОГО РЕСУРСА

2.1 Перечень элементов ГТУ, контролируемых в период эксплуатации в пределах расчетного ресурса, приведен в таблице 3.

2.2 Расчетная температура среды дана в графе 2 таблицы 3. Объем контроля элементов, назначенный с учетом особенностей напряженного состояния конструкций и условий эксплуатации и включающий зоны наиболее вероятного образования дефектов, указан в графе 3 таблицы 3, методы контроля - в графе 4, периодичность проведения контроля - в графах 5 и 6, режим работы ГТУ - в графе 7 этой таблицы.

2.3 Срок проведения контроля определяется достижением продолжительности эксплуатации или определенного количества пусков. Продолжительность эксплуатации и количество пусков действуют независимо.

2.4 На основании настоящей Инструкции допускается разработка организацией, эксплуатирующей ГТУ, предприятием-изготовителем производственных инструкций на обследование металла конкретного оборудования ГТУ, которые при необходимости могут ужесточить требования инструкции в части объема и периодичности.

Во время эксплуатации до исчерпания установленного ресурса допускается смещение сроков контроля (25 пусков или 100 ч для пиковых, 20 пусков или 1000 ч для полупиковых и 3000 ч для базовых ГТУ по сравнению со сроками, указанными в таблице 3). Во всех случаях номенклатура элементов и методы контроля должны соответствовать инструкции.

Решение о смещении сроков контроля оборудования ГТУ принимается техническим руководителем электростанции.

Таблица 3 - Объемы, методы и сроки проведения контроля основных элементов ГТУ

2.5 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, MP 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.

2.6 При визуальном контроле деталей необходимо обращать 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.

2.7 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.

2.8 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.

2.9 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.

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

2.11 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.

2.12 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.

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

3 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛА ДЕТАЛЕЙ ГТУ, ПРОРАБОТАВШИХ СВЕРХ РЕСУРСА, УСТАНОВЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯМИ-ИЗГОТОВИТЕЛЯМИ

3.1 Исчерпание установленного предприятиями-изготовителями ресурса металла деталей ГТУ не исключает возможности дальнейшей их эксплуатации иногда после проведения восстановительной механической и термической обработок.

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.

3.2 Расчет остаточной долговечности деталей ГТУ основывается на оценке напряженного состояния металла в характерных тепловых и аварийных режимах. Расчетная оценка поврежденности должна учитывать основные факторы нагружения, приводящие к исчерпанию запаса длительной прочности и ползучести, поврежденности от мало- и многоцикловой усталости.

Для расчета остаточной долговечности необходима 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.).

Остаточный ресурс определяется по формуле

                                                  (1)

где d₀ - относительная величина остаточного ресурса (d₀ < 1);

А - поврежденность, соответствующая разрушению (принимаем < 0,5);

D_c - поврежденность от ползучести, накопленная при эксплуатации;

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 s и температуре стационарного режима;

t₀ - длительность действия нагрузки в стационарном режиме.

3.3 К эксплуатации сверх установленного ресурса допускаются элементы, металл которых удовлетворяет критериям оценки состояния, приведенным в разделе 5 настоящей Инструкции, а также расчетам остаточного ресурса.

4 ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛА И РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ОЦЕНКИ ЭЛЕМЕНТОВ ГТУ

4.1 При обнаружении трещин или исчерпании установленного ресурса проводится контроль и исследуется состояние элементов ГТУ, чтобы оценить их пригодность к дальнейшей эксплуатации и принять решение о продлении ресурса. Расчетно-конструкторская оценка возможности дальнейшей эксплуатации и остаточного ресурса проводится на основании фактических результатов исследования с использованием нормативной документации.

4.2 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; для 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.

4.3 Детали проточной части турбин:

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

- исследование MP 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.

4.3.2 Для принятия решения о продлении срока службы поврежденных или исчерпавших ресурс металла сопловых и рабочих лопаток турбины после проведения дефектоскопии всей ступени следует отобрать 1 - 2 лопатки каждой ступени ротора для проведения следующих исследований основного металла (пера и хвоста):

- 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.

С учетом поврежденности поверхности металла и фактических значений характеристик механических и жаропрочных свойств, а также структуры определяется возможность проведения восстановительной обработки (механической со снятием поврежденного поверхностного слоя и термической).

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.

4.3.3 Шпильки корпусов цилиндров турбин

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.

5 НОРМЫ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ГТУ

5.1 Корпусные детали турбин и компрессоров

5.1.1 Критерием надежности металла корпусов цилиндров турбин и компрессоров является соответствие их механических свойств нормам технических условий (таблица 4).

В случае несоответствия результатов испытаний механических свойств нормам технических условий вопрос о необходимости дополнительных испытаний для установления причин повреждения определяет профильный НИИ.

На поверхности корпусных деталей не допускаются трещины и грубые механические повреждения. Допустимые дефекты металлургического происхождения должны соответствовать нормам ОСТ 108.961.02. Вопрос о выборке и заварке трещин в труднодоступных местах рекомендуется согласовывать с предприятием-изготовителем и профильным НИИ.

5.2 Роторы турбины

5.2.1 На поверхности роторов турбин и компрессоров до и после их эксплуатации (концевые части валов, осевой канал, обод, гребни, полотно, ступица, галтели дисков, полумуфты, тепловые канавки) не допускаются дефекты, превышающие требования ОСТ 108.961.05 (например, трещины, скопления и крупные одиночные неметаллические включения, флокены, раковины, остатки усадочных рыхлот).

Кроме этого, после эксплуатации на поверхности всех элементов роторов не допускаются трещины, коррозионные язвы, следы эрозионного износа, нарушающие их первоначальную геометрию, следы задеваний и механических повреждений, грубые риски и следы электроэрозии на поверхности шеек в местах посадки подшипников, грубые риски на призонных поверхностях отверстий под болты на полумуфтах, превышающие нормы предприятия-изготовителя турбины.

В процессе эксплуатации не допускаются изменения вследствие ползучести металла диаметра дисков и геометрических размеров хвостовых соединений горячих зон ротора, выходящие за пределы установленного допуска.

Таблица 4 - Механические свойства при температуре 20 °С металла корпусов цилиндров и компрессоров по НД

5.2.2 Недопустимы превышения рабочей температуры при эксплуатации:

- роторных сталей - выше указанных в ОСТ 108.961.05;

- перлитных сталей:

34ХН1МА, 34ХНЗМА, 27ХНЗМ2ФА, 30ХЮМ2ФА, 35ХЮМФА - 350 °С;

Р2, Р2МА (25Х1М1ФА) - 530 °С;

20Х3МВФ (ЭИ415) - 545 °С;

- стали мартенсито-ферритного класса ЭП291 - 550 °С;

- сталей мартенситного класса ЭИ428, ЭИ802 (15Х12ВНМФ), ЦДМ1 (10Х12Н3М2ФШ), ЭП674Ш (08Х15Н25Т2МФР), ЭИ609 (07Х12НМВ6) - 580 °С.

5.2.3 Степень сфероидизации бейнита в микроструктуре металла ротора из перлитных сталей (Р2, Р2МА, ЭИ415) не должна превышать 3-го балла по ОСТ 34-70-690.

5.2.4 Твердость металла роторов из сталей 34ХМА, Р2, Р2МА должна быть не менее 1800 МПа, а роторов из стали 20ХЗМВФ (ЭИ415) - 2000 МПа. Металл роторов из перлитных Cr-Ni-Mo и Cr-Ni-Mo-V сталей 34ХН1М, 34ХНЗМ, 27ХН3М2ФА, 26ХН3М2ФАА (УВРВ), 35ХН3МФА, 30ХН3М2ФА должен иметь предел текучести 680 - 800 МПа и твердость 2300 - 2650 МПа, а из хромистой стали ЭИ802 (15Х12ВНМФ) - предел текучести 666 - 813 МПа и твердость 2410 - 2850 МПа.

5.2.5 Механические свойства при температуре 20 °С по НД и после эксплуатации металла роторов и дисков ГТУ приведены в таблице 5.

5.3 Шпильки корпусов цилиндров турбин

Критериями оценки надежности металла шпилек корпусов цилиндров являются твердость и механические свойства, которые даны в таблице 6 в зависимости от продолжительности эксплуатации. Не допускаются трещины и грубые механические повреждения. Металл поврежденных шпилек с трещинами подлежит исследованию. Если механические свойства металла исследованных шпилек не удовлетворяют требованиям, указанным в таблице 6, то все шпильки подлежат замене.

5.4 Лопатки

5.4.1 Металл направляющих и рабочих лопаток турбин и компрессоров должен удовлетворять по химическому составу требованиям ГОСТ 5632, ОСТ 108.020.03, а также техническим условиям, индивидуальным для лопаток из материалов разных марок, в особенности из изготавливаемых по новым литейным технологиям (монокристаллические с направленной кристаллизацией и др.) или по новым технологиям штамповки на разных предприятиях-изготовителях.

5.4.2 На лопатках не допускаются трещины, следы задеваний, механические повреждения (риски, забоины, вмятины, в особенности на кромках, галтелях прикорневых зон), коррозионные язвы, в том числе на лопатках с защитным покрытием (особенно на выходных кромках и галтелях), следы общей коррозии, утоняющие рабочее сечение. Геометрические размеры лопаток (толщина кромок, особенно прикорневых зон и др.) должны соответствовать проектным.

5.4.3 Не допускаются трещины, разрушения бандажей и 2-образных связей, их повреждение, заклинивание в отверстиях лопаток, трещины в отверстиях под связи, наличие сварочного грата возле них.

5.4.4 Для основного металла лопаток из сплавов ЭИ893ВД, ЭИ893ОИ, ЭИ893ВИ (в том числе с защитными покрытиями) рекомендованы следующие критерии эксплуатационной надежности (таблица 7):

- твердость основного металла 2170 - 3136 МПа;

- предел текучести s_0,2 - не более 784 МПа;

- пластичность при кратковременном растяжении при температуре 20 °С: относительное удлинение d - не менее 15 %, относительное сужение ψ - не менее 17 %;

- ударная вязкость при температуре 20 °С KCU - не менее 0,3 МДж/м²;

- запас прочности по фактическому пределу длительной прочности - не менее 1,6;

- длительная пластичность d_дл - не менее 5 %;

- микроструктура основного металла с зерном размером 2 - 4 балла, карбидная ликвация не выше 2-го балла; размер γ^' - фазы 0,07 - 0,12 мкм; конгломераты хромистых карбидов в микроструктуре размером не более 5 мкм; не допускается появления в тонкой дислокационной структуре трех систем скольжения и полос скольжения, образованных дислокационными скоплениями.

Наличие любого из этих признаков и тем более их совокупность ограничивают ресурс основного металла или делают лопатку непригодной к дальнейшей эксплуатации.

5.4.5 Для металла литых диффузионно-хромированных направляющих лопаток из сплава ЖС6К первых ступеней ТВД и ТНД в ГТ-100 АО ЛМЗ жаропрочные свойства при температуре 750 °С не являются лимитирующими ресурс факторами. По этим условиям лопатки со сравнительно низкими рабочими напряжениями могли бы работать значительно дольше, чем это отмечается в практике их эксплуатации.

Ограничивает общий ресурс этих лопаток длительностью 10 - 20 тыс. ч при температурах 750 и 700 °С исчерпание защитных свойств хромированного слоя с образованием коррозионных язв и термоусталостных трещин на 25 % лопаток, а также происходящее в основном металле резкое снижение кратковременных пластических свойств (d_кр £ 1 %) и сближение величин характеристик прочностных свойств (s_в/s_0,2 ≈ 1). Происходит охрупчивание сплава в результате образования двойного карбида М₆С игольчатой формы, что приводит к уменьшению сопротивляемости циклическим нагрузкам. Этому способствуют концентраторы напряжений на выходной кромке в виде коррозионных язв глубиной 0,5 - 1,0 мм и возрастающая шероховатость поверхности металла, являющиеся очагами зарождения трещин в местах повышенных термических напряжений (галтель и прилегающие зоны выходной кромки у верхней массивной полки).

5.4.6 Для лопаток из сплавов ЭИ893 и ЖС6К (в том числе с защитными покрытиями) разработаны режимы восстановления покрытий и основного металла.

5.4.7 Для металла лопаток 3-й ступени ГТ-35, изготовленных из аустенитной стали ЭИ612, при рабочей температуре 540 °С в полупиковом и базовом режимах эксплуатации в качестве критерия надежности рекомендована твердость по Бринеллю не выше 2550 МПа.

5.4.8 Для основного металла лопаток из хромистой стали ЭИ802 (15Х12ВНМФ) 4-й ступени ГТ-35 с рабочей температурой 450 °С в полупиковом и базовом режимах рекомендованы следующие критерии эксплуатационной надежности:

- предел текучести при температуре 20 °С не выше 830 МПа;

- твердость НВ не выше 2860 МПа.

Таблица 5 - Механические свойства при температуре 20 °С металла роторов и дисков ГТУ по НД и после эксплуатации

Таблица 6 - Механические свойства металла крепежа при температуре 20 °С

Таблица 7 - Механические и жаропрочные свойства материалов, примененных для лопаток газовых турбин ГТ-35, ГТЭ-45, ГТ-100, ГТЭ-110, ГТЭ-150

5.4.9 Критериями эксплуатационной надежности хромированного слоя в направляющих лопатках из сплава ЖСК6 в ГТ-100 после эксплуатации являются:

- отсутствие трещин, коррозионных язв и сколов;

- фактическая толщина оставшегося слоя не менее 40 мкм (в исходном состоянии толщина его 100 - 120 мкм); содержание хрома не менее 35 % (а в исходном состоянии его содержание составляет 65 - 70 %);

- значение микротвердости не ниже, чем у основного металла.

5.4.10 Критериями эксплуатационной надежности защитных покрытий (металлических Co-Cr-Al-Y, металлокерамических Co-Cr-Al-Y/ZrO₂ + Y₂O₃), наносимых электронно-лучевым способом в вакууме, и вакуумно-плазменных после эксплуатации являются:

- отсутствие в защитном слое трещин, микротрещин, коррозионных язв и сколов;

- фактическая толщина оставшегося слоя не менее 50 мкм;

- значение микротвердости не ниже, чем у основного металла;

- толщина слоя оксидов между керамическим слоем покрытия и металлическим слоем не более 5 мкм;

- отсутствие слоя оксидов между защитным покрытием и основным металлом.

5.5 Диафрагмы

5.5.1 На диафрагмах не допускаются трещины, следы задеваний и других механических повреждений ободов и лопаток, общая и язвенная коррозия и эрозия, нарушающие геометрию поверхности этих элементов, а также остаточная деформация, при которой возможно задевание.

Приложение 1

ФОРМУЛЯР ГТУ, ОТРАБОТАВШЕЙ РАСЧЕТНЫЙ РЕСУРС

Наименование электростанции ________________________________________________

Дата обследования __________________________________________________________

Газотурбинная установка _____________________________________________________

(тип ГТУ, станционный и заводской номера)

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Турбина (или компрессор)

Расчетное давление газа ___________________ МПа

Расчетная температура газа _________________ °С

2 СВЕДЕНИЯ О КОНТРОЛЕ ЗА МЕТАЛЛОМ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ГТУ

2.1 Роторы турбин и компрессоров

2.2 Лопатки турбин и компрессоров

2.3 Диски, валы турбин и компрессоров

2.4 Корпуса цилиндров турбин и компрессоров

2.5 Пламенные трубы, коллекторы

Приложение 2

РЕШЕНИЕ
ЭКСПЕРТНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОМИССИИ, ОРГАНИЗОВАННОЙ СОГЛАСНО ПРИКАЗУ

 

СОДЕРЖАНИЕ