Opakovaná poškození chladících kroužků koruny pístu DG (v 2013 a 2017) vyvolala program na hodnocení mikrostruktury, mechanických vlastností a ověření chemického složení materiálu poškozených i nepoškozených chladících kroužků za účelem stanovení příčiny poškození a doporučení pro provozRepeated damages of cooling inserts at DG piston crown in 2013 and 2017 lead to experimental program in UJV. Microstructure evaluation, mechanical properties measurement and 
Chemical analysis were carried out on damaged and undamaged cooling inserts as well for to 
assess the root damage and to give recommendation for operation

Brabec, Petr

Ernestová, Miroslava

Krpec, Miroslav

Tonarová, Dana

Čančura, Zdeněk

DSpace at University of West Bohemia

27 HODNOCENÍ POŠKOZENÍ CHLADÍCÍCH KROUŽKŮ DIESELGENERÁTORU 6ZL40/48 NA JE DUKOVANY DAMAGE ASSESMENT OF THE COOLING INSERTS OF DIESELGENERATOR 6ZL40/48 AT NPP DUKOVANY Miroslava Ernestováa), Miroslav Krpeca), Petr Brabeca), Dana Tonarováa) a Zdeněk Čančurab) a) ÚJV Řež, a. s., Hlavní 130, Řež, 250 68 Husinec b) ČEZ a. s., JE Dukovany Abstrakt Opakovaná poškození chladících kroužků koruny pístu DG (v 2013 a 2017) vyvolala pro-gram na hodnocení mikrostruktury, mechanických vlastností a ověření chemického složení ma-teriálu poškozených i nepoškozených chladících kroužků za účelem stanovení příčiny poško-zení a doporučení pro provoz. Abstract Repeated damages of cooling inserts at DG piston crown in 2013 and 2017 lead to experi-mental program in UJV. Microstructure evaluation, mechanical properties measurement and chemical analysis were carried out on damaged and undamaged cooling inserts as well for to assess the root damage and to give recommendation for operation. Úvod Dieselgenerátory (DG) slouží na JE jako zálohy pro případ, že by elektrárna přišla o veškeré způsoby napájení. Nejsou tedy trvale v provozu, jejich připravenost k zálohování je pravidelně ověřována. DG typu 6ZL40/48 je řadový šestiválec s přeplňováním vzduchem o přetlaku 0,05 – 0,22 MPa. Předmětem destruktivních UJV analýz byly 30 let provozované chladící kroužky havarované v roce 2013 (2QX/6) a 2017 (2QX/5), dále 30 let provozované nehavarované kroužky (2QX/3, 1QX/6) a jeden kus neprovozovaného kroužku pro srovnání (ND), tabulka 1 [1]. V ÚJV byly prováděny i nedestruktivní analýzy na dalších neprovozovaných chladících kroužcích za úče-lem stanovení typu použité litiny pomocí replik [1, 2]. Vzhled a funkce chladícího kroužku DG Litinový chladící kroužek je součástí DG, šrouby M12 je přichycen ke koruně pístu a dalšími šrouby k horní kulové polovině pánve ustavené v plášti pístu (tabulka 1). Radiální otvory v kroužku umožňují odvod teplého oleje a chlazení komponenty. Vzhled kroužků je na obr. 1. Destruktivní analýzy a použité metody hodnocení Po základní vizuální prohlídce a fotodokumentaci byly kroužky podrobeny destruktivním analýzám za účelem ověření chemického složení jejich materiálů metodou optické emisní spek-trometrie (OES), hodnocení mikrostruktury na metalografických výbrusech a stanovení mecha-nických vlastností. U chladícího kroužku havarovaného v roce 2017 byla provedena detailní vizuální kontrola doplněná o fraktografické hodnocení lomových ploch za účelem stanovení mechanismu poškození. Pro fraktografické hodnocení lomových ploch byl použit rastrovací elektronový mikroskop VEGA TS 5130 XM od firmy TESCAN.    28 Stanovení chemického složení Složení materiálů bylo stanoveno metodou optické emisní spektrometrie. Upřesnění obsahu C a S bylo provedeno spalovací spektrometrickou metodou. Obsah naměřených hodnot che-mických prvků je uveden v tabulce 2. Kroužky odpovídají svým chemickým složením materiálu litin s obsahem uhlíku v rozmezí 3,37 – 3,7 %. Hodnocení mikrostruktury Mikrostruktura litin byla hodnocena na metalografických výbrusech, obr. 2. Struktura poškozených kroužků 2QX/5 a 2QX/6 obsahuje grafit ve tvaru lupínků. Jedná se o litinu s lupín-kovým grafitem (LLG). Mikrostruktura obou kroužků je převážně perlitická (85 – 92 %), místy byl patrný ferit (8 – 15 %). Kroužky se liší v obsahu grafitu (15,4 % u 2QX/5; 20,4 % u 2QX/6). Struktura nepoškozeného kroužku 2QX/3 a struktura nového kroužku ND obsahuje převážně grafit ve tvaru červíků s menším zastoupením grafitu ve tvaru kuliček, v obou případech se jedná o vermikulární litinu s červíkovitým grafitem (LVG). Kroužek 2QX/3 obsahuje dokonale a nedokonale zrnitý grafit, kroužek ND obsahuje více nedokonale zrnitého než dokonale zrni-tého grafitu. V naleptaném stavu (2QX/3) je patrna feriticko-perlitická struktura (80/20 %) s místy se vyskytujícím lamelárním perlitem a s velmi ojedinělou přítomností globulárního per-litu, popř. feritická struktura s množstvím perlitu pouze 2 % (ND). Struktura chladícího kroužku 1QX/6 obsahuje kuličkový grafit (tvárná litina s kuličkovým grafitem, LKG). Ve struktuře převažuje nedokonale zrnitý grafit. Mikrostruktura je feriticko-perlitická s obsahem perlitu 20 – 30 %. Místy je patrný tzv. Chunky grafit (rozpadnutý grafit). Mechanické vlastnosti Tahové zkoušky za pokojové teploty byly provedeny na zkušebních tělesech (ZT) o Ø 4 mm, vyrobených z vyříznuté části každého kroužku ve směru osy kroužku. Mechanické zkoušky jednoznačně potvrdily nízkou mez pevnosti pro oba havarované chladící kroužky 2QX/5 a 2QX/6 z LLG (< 100 MPa), střední mez pevnosti pro chladící kroužky 2QX/3 a nový kus ND z LVG (250 – 350 MPa) a zvýšenou mez pevnosti pro chladící kroužek 1QX/6 z LKG (480 MPa). Souhrn naměřených mechanických vlastností je v tabulce 3. Chladící kroužek je ke koruně pístu přichycen šrouby M12 (tabulka 1). Ze 2 nových a 2 pro-vozovaných šroubů bylo vyrobeno po dvou ZT, z nejméně poškozeného šroubu chladící vložky 2QX/5 havarované v 2017 bylo vyrobeno jedno ZT (tabulka 4). Mechanické zkoušky jedno-značně potvrdily vysokou mez pevnosti pro oba šrouby (provozovaný x neprovozovaný), (> 900 MPa). Mez pevnosti u šroubu z poškozené chladící vložky 2QX/5 havarované v 2017 byla o cca 170 MPa nižší. Souhrn naměřených mechanických vlastností je v tabulce 4. Fraktografické hodnocení lomových ploch Fraktografické hodnocení bylo provedeno na lomových plochách poškozeného kroužku 2QX/5 a na poškozeném šroubu M12. Lomové plochy kroužku kolmé na osu kroužku a pro-cházející otvory pro odvod teplého oleje byly mechanicky zhmožděné. Morfologie lomu obsa-hovala znaky transkrystalického štěpného porušení s občasným výskytem interkrystalického lomu, byla patrna štěpnost zrn lupínkového grafitu. Z lomové plochy šroubu je patrno, že k po-škození šroubů došlo pravděpodobně torzí (krutem). V detailu je viditelné tvárné poškození charakteristické přítomností důlků, ukazující na poškození šroubů náhlým přetížením. Ani v jednom případě nebyly nalezeny znaky únavového poškození.    29 Závěr Metalografické hodnocení, provedené destruktivní metodou na chladících kroužcích DG, ukázalo použití nevyhovující litiny s lupínkovým grafitem u obou havarovaných kroužků. Me-chanické zkoušky potvrdily nízkou mez pevnosti v tahu u této litiny. Další chladící kroužky byly vyrobeny z vermikulární litiny s červíkovitým grafitem a z tvárné litiny s kuličkovým grafitem, obě tyto litiny vykazují výrazně vyšší mez pevnosti. Pro ověření mikrostruktury materiálu chladících vložek bez nutnosti destruktivního zásahu byl v ÚJV stanoven pracovní postup odběru tzv. metalografických replik. Tato metoda umož-ňuje bez porušení integrity chladící vložky stanovit, jedná-li se o litinu s lupínkovým grafitem jako u havarovaných vložek. Literatura [1] Krpec, M., Ernestová, M., Brabec, P., Tonarová, D. (2018): Hodnocení mikrostruktury, mechanických vlastností a chemického složení chladících vložek z DG 6ZL40/48 EDU, zpráva ÚJV DITI 2302/547. [2] Brabec, P., Tonarová, D. (2018): Využití metalografických replik při nedestruktivní identifikaci materiálu chladících kroužků pro dieselgenerátory JE Dukovany. Sborník 13. konference Zvyšování životnosti komponent energetických zařízení v elektrárnách, str. 167-170. Tabulka 1: Seznam chladících kroužků pro destruktivní analýzy, vzhled koruny a kroužku Kroužek č. Počet let v provozu   2QX/3 30  2QX/5 30 – havarovaný (2017)  2QX/6 30 – havarovaný (2013)  1QX/6 30  ND bez použití  a b c Obr. 1: Vzhled chladícího kroužku (a, b – nepoškozeného, c – poškozeného) Tabulka 2: Chemické složení materiálu chladících kroužků (OES)  C Si Mn P S Cr Ni Mo Al Cu Mg Ti V 2QX/3 3,60 1,83 0,124 0,023 0,018 0,048 0,003 0,020 0,015 0,034 0,014 0,015 0,014 2QX/5 3,70 1,65 0,173 0,052 0,047 0,065 0,003 0,016 0,007 0,043 0,005 0,017 0,016 2QX/6 3,71 1,70 0,127 0,027 0,037 0,043 0,003 0,014 0,008 0,045 0,006 0,010 0,013 1QX/6 3,37 2,48 0,199 0,023 0,004 0,067 0,003 0,035 0,016 0,045 0,018 0,035 0,017 ND 3,78 1,90 0,083 0,010 0,010 0,031 0,003 0,015 0,015 0,013 0,007 0,005 0,011    30 2QX/5 (havarovaná v 2017) 2QX/6 (havarovaná v 2013)     2QX/3 (30 let provozu) 1QX/6 (30 let provozu) ND (neprovozovaná)    Obr. 2: Mikrostruktura chladících kroužků Tabulka 3: Mechanické zkoušky – chladící kroužky Kroužek č. Počet let v provozu Litina Rm (MPa) Rp0,2 (MPa) A (%) 2QX/3 30 LVG 326 260 4 2QX/5 30 – havarovaný (2017) LLG 89 - <1 2QX/6 30 – havarovaný (2013) LLG 98 - <1 1QX/6 30 LKG 481 350 16 ND bez použití LVG 247 200 5 Tabulka 4: Mechanické zkoušky – šrouby Šroub M12 Rm (MPa) Rp0,2 (MPa) A (%)  nový 963 880 15 provozovaný 957 810 16 provozovaný – z chladícího kroužku 2QX/5 havarova-ného v 2017 (30 let pro-vozu) 782 585 20  a  b  Obr. 3: Lomová plocha havarovaného kroužku 2QX/5 (a), lomová plocha šroubů M12 (b) 

Damage assesment of the cooling inserts of  dieselgenerator 6ZL40/48 at NPP DUKOVANY

https://dspace5.zcu.cz/bitstream/11025/50967/2/sbornik-srni2018-75-78.pdf

Damage assesment of the cooling inserts of dieselgenerator 6ZL40/48 at NPP DUKOVANY

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

DSpace at University of West Bohemia