Poškození a ošetření lopatek posledního stupně nízkotlaké parní turbíny

1. Charakteristika pracovního prostředí lopatek turbíny

Pracovní prostředí lopatek parní turbíny je velmi složité a drsné. Konkrétně je lze rozdělit do tří částí: vysokotlaké, střední a nízkotlaké sekce. Ve srovnání s lopatkami ve vysokotlaké a středotlaké sekci mají pracovní podmínky posledních lopatek v nízkotlaké sekci nízkotlaké parní turbíny následující charakteristiky: tlak páry na posledním stupni nízkotlaké sekce je nižší než atmosférický tlak, objemový průtok páry je výrazně zvýšený a proudění je složité; pára v posledním stupni nízkotlaké sekce má vysoký obsah vlhkosti a kapky vody v páře mají významný dopad na lopatky; při provozu parní turbíny za proměnných podmínek se nejvíce mění pracovní stav poslední lopatky nízkotlaké sekce, což vážně ovlivňuje její pevnost a vibrace; poslední lopatka nízkotlaké sekce je delší než ostatní lopatky a pevnostní podmínky jsou přísnější.

Tyto vlastnosti vyžadují, aby návrh lopatek posledního stupně nízkotlaké sekce byl při návrhu a výrobě nízkotlakých parních turbín zvažován komplexněji a pečlivěji. Obecně řečeno, návrh lopatek poslední fáze nízkotlaké sekce vyžaduje pokročilejší analytické programy, více výpočtů a složitější konstrukční návrhy než návrh jiných lopatek. Výroba je náročnější, např.: zhášení elektrickou jiskrou a plamenem a vysokofrekvenční kalení lopatek, žárové nástřiky, laserové opláštění, lokální laserové kalení povrchu, obvodové vykládání atd. Navzdory tomu stále čas od času dochází k poškození lopatek poslední fáze.

2 Formy a příčiny poškození lopatek posledního stupně v nízkotlaké části

Existuje mnoho forem a příčin poškození lopatek posledního stupně v nízkotlaké sekci, hlavní jsou: formy a příčiny mechanického poškození; formy a příčiny nemechanického poškození.

Mechanické poškození a příčiny: Například cizí tvrdé částice vnikají do turbíny a poškozují lopatky, pevné díly uvnitř turbíny odpadávají a poškozují lopatky, rotor a válec nejsou dobře vyrovnány nebo je válec zdeformován, což způsobuje tření lopatek o parní těsnění, opotřebené drážky na plášti lopatek atd. Většina mechanických poškození je však způsobena jinými důvody, než je konstrukce lopatky. Tento typ poškození lze řešit různými opatřeními v závislosti na jeho závažnosti a dopadu na provoz.

Nemechanická poškození a příčiny: poškození způsobené korozí lopatek v důsledku špatné kvality páry; škody způsobené vodní erozí způsobenou dopadem kapalné vody ve vlhké páře. Tento článek pojednává především o dvou nemechanických příčinách poškození a metodách ošetření lopatek nízkotlaké sekce: analýza příčin poškození způsobených korozí lopatek v důsledku špatné kvality páry a způsoby úpravy.

Analýza příčiny: Lopatky nízkotlaké turbíny jsou obvykle vyrobeny z tepelně odolné nerezové oceli. Tento materiál má dobrou odolnost proti korozi, protože se na jeho povrchu vytváří hustý a stabilní oxidový ochranný film. Pokud však pára obsahuje C02, S02, zejména chloridové ionty, ochranný film na povrchu čepele zkoroduje a rychle se rozvine do hloubky, což způsobí korozi čepele a pevnost čepele se značně sníží. Vezmeme-li jako příklad nerezovou ocel 2Cr13, pevnost v ohybu na vzduchu při pokojové teplotě je 390 N/mm2 (nevrubovaný vzorek, číslo cyklu namáhání n=5x107, stejné níže) a pevnost v ohybu v čisté kondenzované vodě je stále 275~315N/mm2. V roztoku oxidu s obsahem NaCl >1% však pevnost v ohybu prudce klesá na 115~135 N/mm2. Snížená únavová pevnost znamená zkrácenou životnost. Přístrojovou kontrolou finálních lopatek bylo zjištěno, že koroze nízkotlakých finálních lopatek se většinou vyskytovala v každé fázi v zóně mokré páry a často se vyskytovala lokální koroze na povrchu lopatky pod vrstvou okují, která se následně rozpínala a tvořila trhliny. Pokračování v provozu způsobí zlomení čepele v důsledku korozní únavy. Inspekce a analýza zlomených lopatek přístroji ukázala, že vrstva lomového sedimentu obsahuje chloridy.