Danni e trattamento delle pale dell'ultimo stadio della turbina a vapore a bassa pressione

1. Caratteristiche dell'ambiente di lavoro delle pale delle turbine

L'ambiente di lavoro delle pale della turbina a vapore è molto complesso e duro. In particolare, possono essere divise in tre parti: sezioni ad alta, media e bassa pressione. Rispetto alle pale nelle sezioni ad alta e media pressione, le condizioni di lavoro delle ultime pale nella sezione a bassa pressione della turbina a vapore a bassa pressione presentano le seguenti caratteristiche: la pressione del vapore nell'ultimo stadio della sezione a bassa pressione è inferiore alla pressione atmosferica, la portata del volume di vapore è notevolmente aumentata e il flusso è complesso; il vapore nell'ultimo stadio della sezione a bassa pressione ha un elevato contenuto di umidità e le gocce d'acqua nel vapore hanno un impatto significativo sulle pale; quando la turbina a vapore funziona in condizioni variabili, lo stato di lavoro dell'ultima pala della sezione a bassa pressione cambia di più, il che influisce seriamente sulla sua resistenza e vibrazione; l'ultima pala della sezione a bassa pressione è più lunga delle altre pale e le condizioni di resistenza sono più rigorose.

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 fabbricazione 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 di altre pale. La fabbricazione è più difficile, come: tempra elettrica a scintilla e fiamma e rinforzo della tempra ad alta frequenza delle pale, spruzzatura termica, rivestimento laser, tempra superficiale laser locale, intarsio periferico, ecc. Nonostante ciò, di tanto in tanto si verificano ancora danni alle pale dell'ultimo stadio.

2 Forme e cause di danneggiamento delle pale dell'ultimo stadio nella sezione di bassa pressione

Esistono numerose forme e cause di danneggiamento delle 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.

Danni meccanici e cause: ad esempio, particelle dure estranee entrano nella turbina e danneggiano le pale, parti fisse all'interno della turbina cadono e danneggiano le pale, il rotore e il cilindro non sono ben allineati o il cilindro è deformato, causando lo sfregamento delle pale contro la guarnizione del vapore e le scanalature sono usurate sulla copertura 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 sul funzionamento.

Danni non meccanici e cause: danni causati dalla corrosione delle pale a causa della scarsa qualità del vapore; danni causati dall'erosione dell'acqua causata dall'impatto dell'acqua liquida nel vapore umido. Questo articolo discute principalmente le due cause di danni non meccanici e i metodi di trattamento delle pale della sezione a bassa pressione: analisi delle cause di danni causati dalla corrosione delle pale a causa della scarsa qualità del vapore e dei metodi di trattamento.

Analisi della causa: 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 perché sulla sua superficie si forma una pellicola protettiva di ossido densa e stabile. Tuttavia, se il vapore contiene C02, S02, in particolare ioni cloruro, la pellicola protettiva sulla superficie della pala verrà corrosa e si svilupperà rapidamente in profondità, causando corrosione alla pala e la resistenza della pala sarà notevolmente ridotta. Prendendo come esempio l'acciaio inossidabile 2Cr13, la resistenza alla fatica a flessione nell'aria a temperatura ambiente è di 390 N/mm2 (campione non intagliato, numero di cicli di sollecitazione n=5x107, lo stesso di seguito) e la resistenza alla fatica a flessione nell'acqua di condensa pulita è ancora di 275~315 N/mm2. Tuttavia, in una soluzione di ossido con un contenuto di NaCl >1%, la resistenza alla fatica a flessione scende bruscamente a 115~135 N/mm2. Una ridotta resistenza alla fatica significa una durata di servizio ridotta. Attraverso l'ispezione strumentale delle pale finali, si è scoperto che la corrosione delle pale finali a bassa pressione si verificava principalmente in ogni fase nella zona del vapore umido e che la corrosione locale si verificava spesso sulla superficie della pala sotto lo strato di calcare, che poi si espandeva formando delle crepe. Il funzionamento continuo causerà la rottura della pala a causa della fatica da corrosione. L'ispezione e l'analisi delle pale rotte mediante strumenti hanno mostrato che lo strato di sedimenti di frattura conteneva cloruri.