Endommagement et traitement des aubes du dernier étage d'une turbine à vapeur basse pression

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

L'environnement de travail des aubes de turbine à vapeur est très complexe et rude. Plus précisément, elles peuvent être divisées en trois parties : les sections haute, moyenne et basse pression. Par rapport aux aubes des sections haute et moyenne pression, les conditions de travail des dernières aubes de la section basse pression de la turbine à vapeur basse pression présentent les caractéristiques suivantes : la pression de vapeur au dernier étage de la section basse pression est inférieure à la pression atmosphérique, le débit volumique de vapeur est considérablement augmenté et l'écoulement est complexe ; la vapeur au dernier étage de la section basse pression a une teneur en humidité élevée et les gouttelettes d'eau dans la vapeur ont un impact significatif sur les aubes ; lorsque la turbine à vapeur fonctionne dans des conditions variables, l'état de fonctionnement de la dernière aube de la section basse pression change le plus, ce qui affecte sérieusement sa résistance et ses vibrations ; la dernière aube de la section basse pression est plus longue que les autres aubes et les conditions de résistance sont plus strictes.

Ces caractéristiques nécessitent que la conception des aubes du dernier étage de la section basse pression soit prise en compte de manière plus complète et plus minutieuse lors du processus de conception et de fabrication des turbines à vapeur basse pression. D'une manière générale, la conception des aubes du dernier étage de la section basse pression nécessite des programmes d'analyse plus avancés, davantage de calculs et des conceptions structurelles plus complexes que la conception des autres aubes. La fabrication est plus difficile, comme : la trempe par étincelle électrique et à la flamme et le renforcement par trempe à haute fréquence des aubes, la projection thermique, le placage au laser, la trempe de surface au laser local, l'incrustation périphérique, etc. Malgré cela, des dommages aux aubes du dernier étage se produisent encore de temps à autre.

2 Formes et causes de dommages aux aubes du dernier étage dans la section basse pression

Il existe de nombreuses formes et causes de dommages aux aubes du dernier étage dans la section basse pression, les principales sont : les formes et causes de dommages mécaniques ; les formes et causes de dommages non mécaniques.

Dommages mécaniques et causes : Par exemple, des particules dures étrangères pénètrent dans la turbine et endommagent les pales, des pièces fixes à l'intérieur de la turbine tombent et endommagent les pales, le rotor et le cylindre ne sont pas bien alignés ou le cylindre est déformé, ce qui fait frotter les pales contre le joint à vapeur, et des rainures sont usées sur le carénage 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 aubes en raison d'une mauvaise qualité de la vapeur ; dommages causés par l'érosion hydrique provoquée par 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 aubes de la section basse pression : analyse des causes de dommages causés par la corrosion des aubes en raison d'une mauvaise qualité de la vapeur et des méthodes de traitement.

Français : Analyse des causes : Habituellement, les aubes de turbine basse pression sont fabriquées en acier inoxydable résistant à la chaleur. Ce matériau a une bonne résistance à la corrosion car un film protecteur d'oxyde dense et stable se forme à sa surface. Cependant, si la vapeur contient du CO02, du SO02, en particulier des ions chlorure, le film protecteur à la surface de l'aube sera corrodé et se développera rapidement en profondeur, provoquant une corrosion de l'aube, et la résistance de l'aube sera considérablement réduite. En prenant l'exemple de l'acier inoxydable 2Cr13, la résistance à la fatigue en flexion dans l'air à température ambiante est de 390 N/mm2 (échantillon non entaillé, nombre de cycles de contrainte n=5x107, le même que ci-dessous), et la résistance à la fatigue en flexion dans l'eau de condensation propre est toujours de 275~315 N/mm2. Cependant, dans une solution d'oxyde avec une teneur en NaCl de >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. L'inspection des pales finales à l'aide d'instruments a révélé que la corrosion des pales finales à basse pression se produisait principalement à chaque étape dans la zone de vapeur humide, et qu'une corrosion locale se produisait souvent sur la surface des pales sous la couche de tartre, qui s'étendait ensuite pour former des fissures. La poursuite du fonctionnement entraînerait la rupture des pales en raison de la fatigue due à la corrosion. L'inspection et l'analyse des pales cassées par des instruments ont montré que la couche de sédiments de fracture contenait des chlorures.