Endommagement et traitement des pales de la dernière étape de la turbine à faible pression

1. Caractéristiques de l'environnement de travail des pales de turbine

Le milieu de travail des pales de turbine à vapeur est très complexe et sévère. Plus précisément, elles peuvent être divisées en trois parties : haute, moyenne et basse pression. Comparées aux pales des sections haute et moyenne pression, les conditions de fonctionnement des dernières pales de la section basse pression de la turbine à vapeur présentent les caractéristiques suivantes : la pression de la vapeur à l'étage final de la section basse pression est inférieure à la pression atmosphérique, le débit volumique de la vapeur est significativement augmenté, et l'écoulement est complexe ; la vapeur à l'étage final de la section basse pression a une teneur en humidité élevée, et les gouttelettes d'eau dans la vapeur ont un impact notable sur les pales ; lorsque la turbine à vapeur fonctionne sous des conditions variables, l'état de fonctionnement de la dernière pale de la section basse pression change le plus, ce qui affecte gravement sa solidité et ses vibrations ; la dernière pale de la section basse pression est plus longue que les autres pales, et les conditions de solidité sont plus strictes.

Ces caractéristiques exigent que la conception des pales de la dernière étape de la section basse pression soit prise en compte de manière plus globale et soigneuse pendant le processus de conception et de fabrication des turbines à vapeur basse pression. En général, la conception des pales de la dernière étape de la section basse pression nécessite des programmes d'analyse plus avancés, plus de calculs et des conceptions structurelles plus complexes que la conception d'autres pales. La fabrication est plus difficile, par exemple : renforcement par usinage électro-érosion, trempe au flambeau et trempe haute fréquence des pales, projection thermique, dépôt laser, trempe superficielle laser locale, incrustation périphérique, etc. Malgré cela, des dommages aux pales de la dernière étape se produisent encore de temps en temps.

2 Formes de dégâts et causes des pales de la dernière étape dans la section basse pression

Il existe de nombreuses formes et causes de dommages aux pales de la dernière étape dans la section à faible pression, les principales sont : formes et causes des dommages mécaniques ; formes et causes des dommages non mécaniques.

Dommages mécaniques et causes : Par exemple, des particules dures étrangères entrent dans la turbine et endommagent les pales, des pièces fixes à l'intérieur de la turbine se détachent et endommagent les pales, le rotor et le cylindre ne sont pas bien alignés ou le cylindre est déformé, ce qui provoque un frottement des pales contre le joint à vapeur, et des rainures sont usées sur l'enceinte des pales, etc. Cependant, la plupart des dommages sont causés par des raisons autres que les facteurs de conception des pales finales, qui sont des dommages mécaniques. Ce type de dommage peut être traité par différentes mesures en fonction de sa gravité et de son impact sur le fonctionnement.

Dommages non mécaniques et causes : dommages causés par la corrosion des pales en raison d'une mauvaise qualité de la vapeur ; dommages causés par l'érosion due à l'impact de l'eau liquide dans la vapeur humide. Cet article traite principalement des deux causes de dommages non mécaniques et des méthodes de traitement des pales de la section basse pression : analyse des causes de dommage dues à la corrosion des pales en raison d'une mauvaise qualité de vapeur et méthodes de traitement.

Analyse des causes : Habituellement, les pales de la turbine à basse pression sont fabriquées en acier inoxydable résistant à la chaleur. Ce matériau possède une bonne résistance à la corrosion car un film protecteur d'oxyde dense et stable se forme sur sa surface. Cependant, si la vapeur contient du CO2, du SO2, surtout des ions chlorures, le film protecteur sur la surface de la pale sera corrodé et se développera rapidement en profondeur, causant une corrosion de la pale et réduisant considérablement sa résistance. En prenant l'exemple de l'acier inoxydable 2Cr13, la résistance à la fatigue en flexion à température ambiante dans l'air est de 390 N/mm2 (échantillon sans entaille, nombre de cycles de contrainte n=5x107, même chose ci-dessous), et la résistance à la fatigue en flexion dans l'eau de condensation propre reste encore de 275~315 N/mm2. Cependant, dans une solution d'oxydes avec une teneur en NaCl >1%, la résistance à la fatigue en flexion chute brusquement à 115~135 N/mm2. Une résistance à la fatigue réduite signifie une durée de vie raccourcie. Par inspection instrumentale des pales finales, il a été constaté que la corrosion des pales finales à basse pression se produisait principalement dans chaque stade de la zone de vapeur humide, et que la corrosion locale se produisait souvent sur la surface des pales sous la couche de dépôt, s'étendant ensuite pour former des fissures. La poursuite de l'exploitation causera une rupture des pales en raison de la fatigue par corrosion. L'examen et l'analyse instrumentale des pales cassées ont montré que la couche de sédiments sur la fracture contenait des chlorures.