Uszkodzenia i leczenie ostatnich łopatek turbin niskiego ciśnienia

1. Charakterystyka środowiska pracy łopatek turbinowych

Środowisko pracy łopatek turbin parowych jest bardzo złożone i surowe. Konkretnie można je podzielić na trzy części: wysokociśnieniową, średniciskną i niskociśnieniową. W porównaniu do łopatek w sekcjach wysokociśnieniowych i średnicisknych, warunki pracy ostatnich łopatek w sekcji niskociśnieniowej mają następujące cechy: ciśnienie pary w ostatnim etapie sekcji niskociśnieniowej jest niższe niż ciśnienie atmosferyczne, objętościowy przepływ pary znacząco wzrasta, a przepływ jest złożony; para w ostatnim etapie sekcji niskociśnieniowej ma wysoki poziom wilgotności, a krople wody w parze mają istotny wpływ na łopatki; podczas pracy turbin parowych w warunkach zmiennych, stan pracy ostatniej łopatki w sekcji niskociśnieniowej zmienia się najbardziej, co poważnie wpływa na jej wytrzymałość i drgania; ostatnia łopatka w sekcji niskociśnieniowej jest dłuższa niż inne łopatki, a warunki wytrzymałościowe są bardziej surowe.

Te cechy wymagają, aby projekt ostatnich łopatek sekcji niskiego ciśnienia był rozpatrywany bardziej kompleksowo i starannie podczas procesu projektowania i produkcji turbin parowych niskiego ciśnienia. Ogólnie rzecz biorąc, projektowanie ostatnich łopatek sekcji niskiego ciśnienia wymaga bardziej zaawansowanych programów analizy, większej liczby obliczeń oraz bardziej złożonych projektów strukturalnych niż projektowanie innych łopatek. Produkcja jest trudniejsza, na przykład: wzmocnienie łopatek przez spawanie elektryczne i ogień, nawierzchnię termiczną, nanoszenie laserowe, lokalne laserowe utwardzanie powierzchni, osadzanie obrzeży itp. Mimo to, uszkodzenia ostatnich łopatek występują od czasu do czasu.

2 Formy i przyczyny uszkodzeń ostatnich łopatek w sekcji niskiego ciśnienia

Istnieje wiele form i przyczyn uszkodzeń ostatnich łopatek w sekcji niskiego ciśnienia, z których główne to: formy i przyczyny uszkodzeń mechanicznych; formy i przyczyny uszkodzeń niemechanicznych.

Uszkodzenia mechaniczne i ich przyczyny: Na przykład, obce twardze cząstki wpadają do turbiny i uszkadzają łopatki, odrywające się elementy stałe wewnątrz turbiny uszkadzają łopatki, rotor i walec nie są dobrze wycentrowane lub walec jest deformowany, co powoduje tarcie łopatek o pieczęć parową, a na obramowaniu łopatek pojawiają się bruzdy itp. Jednak większość uszkodzeń powstaje z przyczyn innych niż czynniki projektowe końcowych łopatek, które są uszkodzeniami mechanicznymi. Ten rodzaj uszkodzeń można naprawić różnymi metodami w zależności od ich powagi i wpływu na eksploatację.

Uszkodzenia niezmechaniczne i ich przyczyny: uszkodzenia spowodowane korozją łopatek z powodu złej jakości pary; uszkodzenia spowodowane erozją wodną wywołaną oddziaływaniem ciekłej wody w mokrej parze. Artykuł ten skupia się przede wszystkim na dwóch przyczynach uszkodzeń niezmechanicznych oraz metodach ich eliminacji w części niskociśnieniowej: analizie przyczyn uszkodzeń spowodowanych korozją łopatek z powodu złej jakości pary oraz metodach ich rozwiązywania.

Analiza przyczyn: Zwykle, łopatki turbin niskiego ciśnienia są wykonane z odpornej na wysoką temperaturę nierdzewnej stali. Ten materiał ma dobrą odporność na korozyję, ponieważ na jego powierzchni tworzy się gęsta i stabilna tlenkowa warstwa ochronna. Jednakże, jeśli para zawiera CO2, SO2, zwłaszcza jon chlory, warstwa ochronna na powierzchni łopatki zostanie zkorodowana i szybko będzie się rozwijać w głąb, co spowoduje korozyjne uszkodzenie łopatki oraz znaczące obniżenie jej wytrzymałości. Weźmy jako przykład stal nierdzewną 2Cr13 - jej wytrzymałość na zmęczenie zginania w powietrzu przy temperaturze pokojowej wynosi 390 N/mm2 (próbka bez brzegowych wgłębień, liczba cykli naprężenia n=5x107, poniżej to samo), a w czystej kondensacie wody wynosi jeszcze 275~315 N/mm2. Jednakże, w roztworze tlenku z zawartością NaCl >1%, wytrzymałość na zmęczenie zginania gwałtownie spada do 115~135 N/mm2. Obniżona wytrzymałość na zmęczenie oznacza skrócenie czasu użytkowania. Przez badania przyrządowe końcowych łopatek stwierdzono, że korozyjne uszkodzenia łopatek turbin niskiego ciśnienia występują głównie w strefie wilgotnej pary na każdym etapie, a lokalna korozyja często pojawia się na powierzchni łopatki pod warstwą osadu, która następnie się rozszerza, tworząc szczeliny. Kontynuowanie pracy spowoduje pęknięcie łopatek z powodu zmęczeniowej korozyji. Badania i analiza pękniętych łopatek za pomocą przyrządów wykazały, że warstwa osadu na pęknięciach zawiera chloridy.