الضرر ومعالجة الشفرات الأخيرة لتوربين الضغط المنخفض

1. خصائص بيئة عمل شفرات التوربين

بيئة عمل شفرات التوربين البخاري معقدة وقاسية للغاية. تحديدًا، يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أجزاء: مرتفعة الضغط، متوسطة الضغط، ومنخفضة الضغط. بالمقارنة مع الشفرات في الأقسام ذات الضغط العالي والمتوسط، فإن ظروف العمل للشفرات الأخيرة في القسم منخفض الضغط للتوربين البخاري تتميز بما يلي: ضغط البخار في المرحلة الأخيرة من القسم منخفض الضغط أقل من ضغط الغلاف الجوي، ومعدل تدفق حجم البخار يزداد بشكل ملحوظ، والتدفق معقد؛ يحتوي البخار في المرحلة الأخيرة من القسم منخفض الضغط على نسبة رطوبة عالية، وله تأثير كبير من قطرات الماء على الشفرات؛ عند تشغيل التوربين البخاري تحت ظروف متغيرة، يتغير حالة العمل للشفرة الأخيرة في القسم منخفض الضغط بشكل كبير، مما يؤثر بشدة على قوتها واهتزازها؛ الشفرة الأخيرة في القسم منخفض الضغط أطول من الشفرات الأخرى، وشروط القوة أكثر صرامة.

تتطلب هذه الخصائص أن يتم أخذ تصميم شفرات المرحلة الأخيرة من القسم منخفض الضغط بعين الاعتبار بشكل أكثر شمولية وعناية أثناء عملية التصميم والتصنيع لمكثفات البخار منخفضة الضغط. بشكل عام، يتطلب تصميم شفرات المرحلة الأخيرة للقسم منخفض الضغط برامج تحليل أكثر تقدمًا،更多 الحسابات، وأكثر تعقيدًا في التصاميم الهيكلية مقارنة بتصميم الشفرات الأخرى. يكون التصنيع أكثر صعوبة، مثل: تقوية الشفرات باستخدام الإشعال الكهربائي والتشويه باللهب والتشويه الترددي العالي، والرذاذ الحراري، والتغليف بالليزر، والتشويه السطحي المحلي بالليزر، والإدراج المحيطي، وما إلى ذلك. وعلى الرغم من ذلك، لا تزال الأضرار بشفرات المرحلة الأخيرة تحدث من وقت لآخر.

أشكال الأضرار وأسبابها في شفرات المرحلة الأخيرة في القسم منخفض الضغط

هناك العديد من الأشكال والأسباب للتلف الذي يصيب شفرات المرحلة الأخيرة في قسم الضغط المنخفض، والأكثر أهمية منها هي: أشكال وأسباب التلف الميكانيكي؛ أشكال وأسباب التلف غير الميكانيكي.

التلف الميكانيكي وأسبابه: على سبيل المثال، دخول جزيئات صلبة غريبة إلى التوربين مما يؤدي إلى تلف الشفرات، سقوط الأجزاء الثابتة داخل التوربين وتكسير الشفرات، عدم توافق المحور والإسطوانة بشكل جيد أو تشوه الإسطوانة مما يؤدي إلى احتكاك الشفرات مع ختم البخار، وارتداء خنادق على غطاء الشفرة، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن معظم الأضرار تحدث بسبب أسباب أخرى غير عوامل التصميم الخاصة بالشفرات النهائية، والتي تكون أضرارًا ميكانيكية. يمكن التعامل مع هذا النوع من الأضرار بإجراءات مختلفة بناءً على شدتها وتأثيرها على التشغيل.

الضرر غير الميكانيكي وأسبابه: الضرر الناتج عن تآكل الشفرات بسبب جودة البخار السيئة؛ الضرر الناتج عن التآكل المائي بسبب تأثير الماء السائل في البخار الرطب. يركز هذا المقال بشكل رئيسي على مناقشة سببين للضرر غير الميكانيكي والطرق العلاجية الخاصة بشفرات القسم منخفض الضغط: تحليل أسباب الضرر الناتج عن تآكل الشفرات بسبب جودة البخار السيئة والطرق العلاجية.

تحليل السبب: عادةً ما تُصنع شفرات التوربينات منخفضة الضغط من الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يتحمل الحرارة. هذا النوع من المادة لديه مقاومة جيدة للتآكل لأن طبقة حماية أكسيد كثيفة ومستقرة تتشكل على سطحه. ومع ذلك، إذا احتوى البخار على ثاني أكسيد الكربون (CO2)، ثاني أكسيد الكبريت (SO2)، وخاصة أيونات الكلوريد، فإن الطبقة الحامية على سطح الشفرة ستتآكل وتتطور بسرعة نحو الداخل، مما يتسبب في تآكل الشفرة ويقلل بشكل كبير من قوتها. باعتبار مثال الفولاذ المقاوم للصدأ 2Cr13، فإن قوة التعب المرن في الهواء عند درجة حرارة الغرفة هي 390 نيوتن/مم² (عينة بدون حواف، عدد دورة الإجهاد n=5x10^7، كما هو موضح أدناه). أما في الماء النقي المكثف، فتظل قوة التعب المرن حوالي 275-315 نيوتن/مم². لكن في محلول أكسيد يحتوي على أكثر من 1% من كلوريد الصوديوم (NaCl)، تنخفض قوة التعب المرن بشكل حاد إلى 115-135 نيوتن/مم². انخفاض قوة التعب يعني اختصار عمر الخدمة. من خلال فحص الشفرات النهائية بالأجهزة، تم العثور على أن تآكل الشفرات النهائية منخفضة الضغط يحدث غالبًا في كل مرحلة في منطقة بخار الرطوبة، ويحدث التآكل المحلي غالبًا تحت طبقة القشرة على سطح الشفرة، ثم يتوسع لتشكيل شقوق. استمرار التشغيل سيتسبب في كسر الشفرة بسبب تعب التآكل. وأظهرت الفحوصات والتحليل للأجهزة للشفرات المكسورة أن طبقة الرواسب الموجودة على الكسر تحتوي على كلوريدات.