Danno e trattamento delle pale finali della turbina a bassa pressione

1. Caratteristiche dell'ambiente di lavoro delle pale turbine

L'ambiente di lavoro delle pale della turbina a vapore è molto complesso e duro. In particolare, possono essere suddivise in tre parti: alta, media e bassa pressione. In confronto con le pale nelle sezioni ad alta e media pressione, le condizioni di funzionamento delle ultime pale nella sezione a bassa pressione della turbina a vapore hanno le seguenti caratteristiche: la pressione del vapore all'ultima fase della sezione a bassa pressione è inferiore alla pressione atmosferica, il flusso volumetrico del vapore aumenta notevolmente e il flusso è complesso; il vapore all'ultima fase della sezione a bassa pressione ha un alto contenuto di umidità, e le gocce d'acqua nel vapore hanno un impatto significativo sulle pale; quando la turbina a vapore opera in condizioni variabili, lo stato di funzionamento dell'ultima pala della sezione a bassa pressione cambia di più, influenzando gravemente la sua resistenza e le vibrazioni; l'ultima pala della sezione a bassa pressione è più lunga delle altre pale, e le condizioni di resistenza sono più severe.

Queste caratteristiche richiedono che la progettazione delle pale dell'ultimo stadio della sezione a bassa pressione debba essere considerata in modo più completo e attento durante il processo di progettazione e produzione delle turbine a vapore a bassa pressione. In generale, la progettazione delle pale dell'ultimo stadio della sezione a bassa pressione richiede programmi di analisi più avanzati, più calcoli e progetti strutturali più complessi rispetto alla progettazione delle altre pale. La produzione è più difficoltosa, ad esempio: rinforzo con trattamento termico per scintilla elettrica e fiamma, indurimento ad alta frequenza, termoimpressione, rivestimento laser, indurimento superficiale laser locale, incastonatura periferica, ecc. Nonostante ciò, i danni alle pale dell'ultimo stadio si verificano comunque occasionalmente.

2 Forme e cause dei danni alle pale dell'ultimo stadio nella sezione a bassa pressione

Esistono molte forme e cause di danno alle pale dell'ultimo stadio nella sezione a bassa pressione, le principali sono: forme e cause di danno meccanico; forme e cause di danno non meccanico.

Danno meccanico e cause: Ad esempio, particelle estranee e dure entrano nella turbina danneggiando le pale, parti fisse all'interno della turbina si staccano danneggiando le pale, il rotore e il cilindro non sono allineati correttamente o il cilindro è deformato, causando un contatto delle pale con il sigillo a vapore, e si formano solchi sull'involucro delle pale, ecc. Tuttavia, la maggior parte dei danni è causata da ragioni diverse dai fattori di progettazione delle pale finali, che sono danni meccanici. Questo tipo di danno può essere gestito con misure diverse a seconda della sua gravità e dell'impatto sull'operatività.

Danno non meccanico e cause: danno causato dalla corrosione delle pale a causa di una qualità del vapore insufficiente; danno causato dall'erosione dovuta all'impatto di acqua liquida nel vapore umido. Questo articolo discute principalmente delle due cause di danno non meccanico e dei metodi di trattamento delle pale della sezione a bassa pressione: analisi delle cause del danno causato dalla corrosione delle pale a causa di una qualità del vapore insufficiente e metodi di trattamento.

Analisi delle cause: Di solito, le pale della turbina a bassa pressione sono realizzate in acciaio inossidabile resistente al calore. Questo materiale ha una buona resistenza alla corrosione poiché si forma sulla sua superficie un film protettivo di ossido denso e stabile. Tuttavia, se il vapore contiene CO2, SO2, specialmente ioni cloruri, il film protettivo sulla superficie della pala verrà corroso e svilupperà rapidamente in profondità, causando la corrosione della pala e riducendo notevolmente la sua resistenza. Prendendo come esempio l'acciaio inossidabile 2Cr13, la resistenza alla fatica flessionale all'aria a temperatura ambiente è di 390 N/mm2 (campioni senza scanalature, numero di cicli di stress n=5x107, lo stesso vale per quanto segue), mentre nella condensa pulita è ancora di 275~315 N/mm2. Tuttavia, in una soluzione di ossidi con una concentrazione di NaCl >1%, la resistenza alla fatica flessionale scende bruscamente a 115~135 N/mm2. Una resistenza alla fatica ridotta significa una vita operativa abbreviata. Attraverso ispezioni strumentali delle pale finali, è stato scoperto che la corrosione delle pale finali a bassa pressione avviene principalmente in ogni fase nella zona di vapore umido, e spesso si verifica una corrosione locale sulla superficie delle pale sotto il strato di incrostazione, che poi si espande formando crepe. Il proseguimento dell'operazione causerà la rottura delle pale a causa della fatica da corrosione. L'ispezione e l'analisi strumentale delle pale rotte hanno mostrato che il livello di sedimentazione delle fratture conteneva cloruri.