Daños y tratamiento de los álabes de la última etapa de una turbina de vapor de baja presión

1. Características del entorno de trabajo de los álabes de turbina

El entorno de trabajo de las palas de las turbinas de vapor es muy complejo y duro. En concreto, se pueden dividir en tres partes: secciones de alta, media y baja presión. En comparación con las palas de las secciones de alta y media presión, las condiciones de trabajo de las últimas palas de la sección de baja presión de la turbina de vapor de baja presión tienen las siguientes características: la presión del vapor en la última etapa de la sección de baja presión es inferior a la presión atmosférica, el caudal volumétrico de vapor aumenta significativamente y el flujo es complejo; el vapor en la última etapa de la sección de baja presión tiene un alto contenido de humedad y las gotas de agua en el vapor tienen un impacto significativo en las palas; cuando la turbina de vapor funciona en condiciones variables, el estado de trabajo de la última pala de la sección de baja presión es el que más cambia, lo que afecta gravemente a su resistencia y vibración; la última pala de la sección de baja presión es más larga que otras palas y las condiciones de resistencia son más estrictas.

Estas características requieren que el diseño de los álabes de la última etapa de la sección de baja presión se considere de manera más exhaustiva y cuidadosa durante el proceso de diseño y fabricación de turbinas de vapor de baja presión. En términos generales, el diseño de los álabes de la última etapa de la sección de baja presión requiere programas de análisis más avanzados, más cálculos y diseños estructurales más complejos que el diseño de otros álabes. La fabricación es más difícil, como: extinción por chispa eléctrica y llama y refuerzo de los álabes por extinción por alta frecuencia, pulverización térmica, revestimiento láser, extinción local de la superficie por láser, incrustación periférica, etc. A pesar de esto, los álabes de la última etapa todavía se dañan de vez en cuando.

2 Formas y causas de daño de los álabes de la última etapa en la sección de baja presión

Existen muchas formas y causas de daños en los álabes de última etapa en la sección de baja presión, las principales son: formas y causas de daños mecánicos; formas y causas de daños no mecánicos.

Daños mecánicos y causas: Por ejemplo, partículas duras extrañas entran en la turbina y dañan las palas, partes fijas dentro de la turbina se caen y dañan las palas, el rotor y el cilindro no están bien alineados o el cilindro se deforma, lo que hace que las palas rocen contra el sello de vapor, y se desgastan las ranuras en la cubierta de la pala, etc. Sin embargo, la mayoría de los daños son causados ​​por razones distintas a los factores de diseño de las palas finales, que son daños mecánicos. Este tipo de daño se puede manejar con diferentes medidas según su gravedad y el impacto en el funcionamiento.

Daños no mecánicos y causas: daños causados ​​por corrosión de las palas debido a la mala calidad del vapor; daños causados ​​por erosión hídrica causada por el impacto del agua líquida en el vapor húmedo. Este artículo analiza principalmente las dos causas de daños no mecánicos y los métodos de tratamiento de las palas de la sección de baja presión: análisis de las causas de los daños causados ​​por la corrosión de las palas debido a la mala calidad del vapor y los métodos de tratamiento.

Análisis de la causa: Normalmente, las palas de turbina de baja presión están hechas de acero inoxidable resistente al calor. Este material tiene una buena resistencia a la corrosión porque se forma una película protectora de óxido densa y estable en su superficie. Sin embargo, si el vapor contiene CO02, SO02, especialmente iones de cloruro, la película protectora en la superficie de la pala se corroerá y se desarrollará rápidamente en profundidad, provocando corrosión en la pala, y la resistencia de la pala se reducirá en gran medida. Tomando el acero inoxidable 2Cr13 como ejemplo, la resistencia a la fatiga por flexión en el aire a temperatura ambiente es de 390 N/mm2 (muestra sin entallar, número de ciclo de tensión n=5x107, lo mismo a continuación), y la resistencia a la fatiga por flexión en agua condensada limpia sigue siendo de 275~315 N/mm2. Sin embargo, en una solución de óxido con un contenido de NaCl de >1%, la resistencia a la fatiga por flexión cae bruscamente a 115~135 N/mm2. La resistencia a la fatiga reducida significa una vida útil más corta. Mediante la inspección instrumental de los álabes finales, se descubrió que la corrosión de los álabes finales de baja presión se producía principalmente en cada etapa de la zona de vapor húmedo, y que a menudo se producía corrosión local en la superficie del álabes debajo de la capa de cascarilla, que luego se expandía para formar grietas. La operación continua provocará la rotura de los álabes debido a la fatiga por corrosión. La inspección y el análisis de los álabes rotos mediante instrumentos mostraron que la capa de sedimento de la fractura contenía cloruros.