Schäden und Behandlung der Schaufeln der letzten Stufe einer Niederdruckdampfturbine

1. Merkmale der Arbeitsumgebung von Turbinenschaufeln

Die Arbeitsumgebung von Dampfturbinenschaufeln ist sehr komplex und rau. Insbesondere können sie in drei Teile unterteilt werden: Hoch-, Mittel- und Niederdruckabschnitte. Verglichen mit den Schaufeln in den Hoch- und Mitteldruckabschnitten weisen die Arbeitsbedingungen der letzten Schaufeln im Niederdruckabschnitt der Niederdruckdampfturbine die folgenden Merkmale auf: Der Dampfdruck in der letzten Stufe des Niederdruckabschnitts ist niedriger als der Atmosphärendruck, die Dampfvolumenstromrate ist deutlich erhöht und die Strömung ist komplex; der Dampf in der letzten Stufe des Niederdruckabschnitts hat einen hohen Feuchtigkeitsgehalt und die Wassertröpfchen im Dampf haben einen erheblichen Einfluss auf die Schaufeln; wenn die Dampfturbine unter variablen Bedingungen läuft, ändert sich der Arbeitszustand der letzten Schaufel des Niederdruckabschnitts am meisten, was ihre Festigkeit und Vibration ernsthaft beeinträchtigt; die letzte Schaufel des Niederdruckabschnitts ist länger als andere Schaufeln und die Festigkeitsbedingungen sind strenger.

Diese Eigenschaften erfordern, dass das Design der Schaufeln der letzten Stufe des Niederdruckbereichs während des Konstruktions- und Herstellungsprozesses von Niederdruckdampfturbinen umfassender und sorgfältiger berücksichtigt werden muss. Im Allgemeinen erfordert das Design der Schaufeln der letzten Stufe des Niederdruckbereichs fortschrittlichere Analyseprogramme, mehr Berechnungen und komplexere Strukturdesigns als das Design anderer Schaufeln. Die Herstellung ist schwieriger, beispielsweise durch: elektrische Funken- und Flammenlöschung und Hochfrequenzlöschverstärkung der Schaufeln, thermisches Spritzen, Laserauftragschweißen, lokales Laser-Oberflächenlöschen, peripheres Einlegen usw. Trotzdem kommt es von Zeit zu Zeit immer noch zu Schäden an den Schaufeln der letzten Stufe.

2 Schadensformen und -ursachen an den Schaufelblättern der letzten Stufe im Niederdruckbereich

Es gibt viele Arten und Ursachen für Schäden an den Schaufelblättern der letzten Stufe im Niederdruckbereich. Die wichtigsten sind: Arten und Ursachen mechanischer Schäden; Arten und Ursachen nichtmechanischer Schäden.

Mechanische Schäden und Ursachen: Beispielsweise dringen Fremdkörper in die Turbine ein und beschädigen die Schaufeln, feste Teile im Inneren der Turbine fallen ab und beschädigen die Schaufeln, Rotor und Zylinder sind nicht richtig ausgerichtet oder der Zylinder ist verformt, wodurch die Schaufeln an der Dampfdichtung reiben, und es bilden sich Rillen auf der Schaufelabdeckung usw. Die meisten Schäden sind jedoch auf andere Gründe als die Konstruktionsfaktoren der Endschaufeln zurückzuführen, nämlich mechanische Schäden. Diese Art von Schäden kann je nach Schweregrad und Auswirkung auf den Betrieb mit unterschiedlichen Maßnahmen behandelt werden.

Nichtmechanische Schäden und Ursachen: Schäden durch Korrosion der Schaufeln aufgrund schlechter Dampfqualität; Schäden durch Wassererosion aufgrund der Einwirkung von flüssigem Wasser in Nassdampf. In diesem Artikel werden hauptsächlich die beiden nichtmechanischen Schadensursachen und Behandlungsmethoden der Schaufeln im Niederdruckbereich erörtert: Analyse der Schadensursachen durch Korrosion der Schaufeln aufgrund schlechter Dampfqualität und Behandlungsmethoden.

Ursachenanalyse: Normalerweise werden die Schaufelblätter von Niederdruckturbinen aus hitzebeständigem Edelstahl hergestellt. Dieses Material ist gut korrosionsbeständig, da sich auf seiner Oberfläche ein dichter und stabiler Oxidschutzfilm bildet. Wenn der Dampf jedoch CO02, SO02 und insbesondere Chloridionen enthält, korrodiert der Schutzfilm auf der Oberfläche der Schaufel und breitet sich schnell in der Tiefe aus, was zu Korrosion an der Schaufel führt und die Festigkeit der Schaufel stark verringert. Am Beispiel von 2Cr13-Edelstahl beträgt die Biegewechselfestigkeit in Luft bei Raumtemperatur 390 N/mm2 (ungekerbte Probe, Spannungszykluszahl n=5x107, siehe unten), und die Biegewechselfestigkeit in sauberem Kondenswasser beträgt immer noch 275~315N/mm2. In einer Oxidlösung mit einem NaCl-Gehalt von >1 % sinkt die Biegewechselfestigkeit jedoch stark auf 115~135 N/mm2. Eine verringerte Dauerfestigkeit bedeutet eine verkürzte Lebensdauer. Durch eine instrumentelle Untersuchung der Endschaufeln wurde festgestellt, dass die Korrosion der Niederdruck-Endschaufeln hauptsächlich in jeder Stufe in der Nassdampfzone auftrat und dass auf der Schaufeloberfläche unter der Zunderschicht häufig lokale Korrosion auftrat, die sich dann ausdehnte und Risse bildete. Ein fortgesetzter Betrieb würde aufgrund von Korrosionsermüdung zu Schaufelbrüchen führen. Die Untersuchung und Analyse der gebrochenen Schaufeln mit Instrumenten ergab, dass die Bruchsedimentschicht Chloride enthielt.