Schade en behandeling van de laatste fase bladen van een laagdruk stoomturbine

1. Kenmerken van de werkomgeving van turbinebladen

De werkomgeving van stoomturbinebladen is zeer complex en streng. Specifiek gezegd kunnen ze worden onderverdeeld in drie delen: hoog, medium en laag druksegmenten. In vergelijking met de bladen in de hoge en medium druksegmenten hebben de laatste bladen in het laagdruksegment van de laagdrukturbine de volgende kenmerken: de stoomdruk in de laatste fase van het laagdruksegment is lager dan de atmosferische druk, het volume-stroomdebiet van de stoom neemt aanzienlijk toe en de stroming is complex; de stoom in de laatste fase van het laagdruksegment heeft een hoge vochtigheidsgraad, en de waterdruppels in de stoom hebben een merkbare invloed op de bladen; wanneer de stoomturbine onder variabele omstandigheden draait, verandert de werksituatie van het laatste blad in het laagdruksegment het meest, wat ernstig zijn invloed heeft op de sterkte en trilling; het laatste blad in het laagdruksegment is langer dan andere bladen, en de sterktevereisten zijn strikter.

Deze kenmerken vereisen dat de ontwerping van de laatste blades van de laagdruksectie grondiger en zorgvuldiger moet worden overwogen tijdens het ontwerp- en productieproces van laagdrukturbines. In het algemeen vereist het ontwerp van de laatste blades van de laagdruksectie geavanceerdere analyseprogramma's, meer berekeningen en complexere structurele ontwerpen dan het ontwerp van andere blades. De productie is moeilijker, zoals: elektro-erosie en vlamhardening, hoogfrequent hardening van blades, thermisch spuiten, lasercladding, lokale lasers oppervlaktehardening, randinlegwerk, enzovoort. Ondanks dit komen schade aan de laatste blades nog steeds regelmatig voor.

2 Schademodels en oorzaken van de laatste blades in de laagdruksectie

Er zijn veelvormige schadevormen en oorzaken voor de laatste bladen in de laagdruksectie, waarvan de belangrijkste zijn: vormen en oorzaken van mechanische schade; vormen en oorzaken van niet-mechanische schade.

Mechanische schade en oorzaken: Bijvoorbeeld, er komen vreemde harde deeltjes in de turbine terecht en raken de bladen beschadigd, vaste onderdelen binnen de turbine vallen af en beschadigen de bladen, de rotor en cilinder zijn niet goed uitgelijnd of de cilinder is vervormd, waardoor de bladen wrijven tegen de stoomsluiting, en groeven worden uitgesleten op de blaadscherm, enz. Toch wordt de meeste schade veroorzaakt door andere factoren dan ontwerpfactoren van de eindbladen, namelijk mechanische schade. Dit type schade kan op verschillende manieren behandeld worden, afhankelijk van de ernst ervan en het effect op de operatie.

Niet-mechanische schade en oorzaken: schade veroorzaakt door corrosie van de bladen door slechte stoomkwaliteit; schade veroorzaakt door watererosie door het impact van vloeibaar water in natte stoom. Dit artikel bespreekt voornamelijk de twee niet-mechanische oorzaken en behandelmethode van de schade aan de laagdruksectiebladen: analyse van de oorzaken van de schade door corrosie van de bladen door slechte stoomkwaliteit en behandelmethoden.

Oorzakenanalyse: Normaal gesproken worden de laagdrukturbinebladen gemaakt van hittebestendig roestvast staal. Dit materiaal heeft goede corrosiebestendigheid omdat er op zijn oppervlak een dichte en stabiele oxidebeschermingslaag wordt gevormd. Als echter de stoom C02, S02 bevat, vooral chloride-ionen, zal de beschermende laag op de oppervlakte van het blad corroderen en snel in diepte ontwikkelen, waardoor corrosie van het blad optreedt en de sterkeheid van het blad aanzienlijk afneemt. Neem bijvoorbeeld 2Cr13 roestvast staal, de buigmoe-teversterkte in lucht bij kamertemperatuur is 390 N/mm2 (niet-gegroefde proefspecimen, spanningcyclusnummer n=5x107, hieronder hetzelfde), en de buigmoe-teversterkte in schoon condenswater is nog steeds 275~315N/mm2. In een oxidesoplossing met een NaCl-inhoud van >1%, daalt de buigmoe-teversterkte scherp tot 115~135 N/mm2. Verlaagde vermoeidheidssterkte betekent een verkorte dienstleven. Door middel van instrumenteninspectie van de eindbladen werd vastgesteld dat corrosie van de laagdruk-eindbladen meestal plaatsvond op elke fase in de natte stoomzone, en lokale corrosie vaak onder de schaallaag op de bladoppervlakte optreedt, waarna deze zich uitbreidt om scheuren te vormen. Voortzetten van de operatie zal leiden tot bladbreuk door corrosiemoeheid. Inspectie en analyse van de gebroken bladen met instrumenten toonde aan dat de breuksedimentlaag chloorverbindingen bevatte.