Oštećenje i obrada lopatica zadnjeg stupnja niskotlačne parne turbine

1. Karakteristike radne okoline turbinskih lopatica

Radna okolina lopatica parne turbine vrlo je složena i oštra. Konkretno, mogu se podijeliti u tri dijela: sekcije visokog, srednjeg i niskog tlaka. U usporedbi s lopaticama u sekcijama visokog i srednjeg tlaka, radni uvjeti zadnjih lopatica u sekciji niskog tlaka niskotlačne parne turbine imaju sljedeće karakteristike: tlak pare u zadnjem stupnju sekcije niskog tlaka niži je od atmosferskog tlaka, volumenski protok pare značajno je povećan, a protok je složen; para u posljednjoj fazi niskotlačne sekcije ima visok sadržaj vlage, a kapljice vode u pari imaju značajan utjecaj na lopatice; kada parna turbina radi pod promjenjivim uvjetima, radno stanje posljednje lopatice niskotlačne sekcije najviše se mijenja, što ozbiljno utječe na njenu snagu i vibracije; posljednja lopatica niskotlačne sekcije duža je od ostalih lopatica, a uvjeti čvrstoće su stroži.

Ove karakteristike zahtijevaju da se dizajn lopatica zadnjeg stupnja niskotlačne sekcije mora sveobuhvatnije i pažljivije razmotriti tijekom projektiranja i procesa proizvodnje niskotlačnih parnih turbina. Općenito govoreći, dizajn lopatica zadnjeg stupnja niskotlačne sekcije zahtijeva naprednije programe za analizu, više proračuna i složenije konstrukcijske dizajne od dizajna drugih lopatica. Proizvodnja je teža, kao što su: gašenje električnom iskrom i plamenom i ojačavanje lopatica visokofrekventnim kaljenjem, toplinsko raspršivanje, lasersko oblaganje, lokalno lasersko površinsko kaljenje, periferno umetanje, itd. Unatoč tome, s vremena na vrijeme još uvijek dolazi do oštećenja zadnjih lopatica.

2 Oblici oštećenja i uzroci lopatica posljednjeg stupnja u dijelu niskog tlaka

Postoje mnogi oblici i uzroci oštećenja zadnjih lopatica u niskotlačnom dijelu, a glavni su: oblici i uzroci mehaničkih oštećenja; oblici i uzroci nemehaničkih oštećenja.

Mehanička oštećenja i uzroci: Na primjer, strane tvrde čestice ulaze u turbinu i oštećuju lopatice, fiksni dijelovi unutar turbine otpadaju i oštećuju lopatice, rotor i cilindar nisu dobro poravnati ili je cilindar deformiran, što uzrokuje trljanje lopatica o parnu brtvu, a utori su istrošeni na kućištu lopatica, itd. Međutim, većina oštećenja uzrokovana je razlozima osim čimbenika dizajna konačnih lopatica, a to su mehanička oštećenja. Ova vrsta oštećenja može se riješiti različitim mjerama ovisno o ozbiljnosti i utjecaju na rad.

Nemehanička oštećenja i uzroci: oštećenja uzrokovana korozijom lopatica zbog loše kvalitete pare; šteta uzrokovana vodenom erozijom uzrokovanom utjecajem tekuće vode u mokroj pari. Ovaj članak uglavnom govori o dva uzroka nemehaničkog oštećenja i metodama liječenja lopatica niskotlačne sekcije: analiza uzroka oštećenja uzrokovanih korozijom lopatica zbog loše kvalitete pare i metode obrade.

Analiza uzroka: Obično su lopatice niskotlačne turbine izrađene od nehrđajućeg čelika otpornog na toplinu. Ovaj materijal ima dobru otpornost na koroziju jer se na njegovoj površini stvara gust i stabilan oksidni zaštitni film. Međutim, ako para sadrži C02, S02, posebno kloridne ione, zaštitni film na površini oštrice će biti korodiran i brzo će se razviti u dubinu, uzrokujući koroziju na oštrici, a čvrstoća oštrice će biti znatno smanjena. Uzimajući za primjer nehrđajući čelik 2Cr13, čvrstoća zamora savijanjem u zraku na sobnoj temperaturi je 390 N/mm2 (uzorak bez ureza, broj ciklusa naprezanja n=5x107, isto dolje), a čvrstoća zamora savijanjem u čistoj kondenzatnoj vodi još uvijek je 275~315N/mm2. Međutim, u otopini oksida sa sadržajem NaCl od >1%, čvrstoća na zamor savijanjem naglo pada na 115~135 N/mm2. Smanjena čvrstoća na zamor znači skraćeni vijek trajanja. Instrumentalnim pregledom završnih lopatica utvrđeno je da se korozija niskotlačnih završnih lopatica uglavnom javlja u svakoj fazi u zoni mokre pare, a lokalna korozija često se javlja na površini lopatica ispod sloja kamenca, koji se zatim širi i stvara pukotine. Nastavak rada uzrokovat će lom oštrice zbog zamora od korozije. Inspekcija i analiza slomljenih lopatica instrumentima pokazala je da sloj sedimenta prijeloma sadrži kloride.