Повреждение и методы лечения последних ступеней лопастей низкодавленной паровой турбины

1. Характеристики рабочей среды турбинных лопаток

Рабочая среда лопастей паровой турбины очень сложная и суровая. Конкретно, их можно разделить на три части: высокое, среднее и низкое давление. В сравнении с лопастями в секциях высокого и среднего давления, условия работы последних лопастей в секции низкого давления имеют следующие особенности: давление пара на последнем этапе секции низкого давления ниже атмосферного давления, объемный расход пара значительно увеличивается, и поток является сложным; содержание влаги в паре на последнем этапе секции низкого давления высокое, и водяные капли в паре оказывают значительное воздействие на лопасти; при работе паровой турбины в переменных условиях рабочее состояние последней лопасти секции низкого давления изменяется больше всего, что серьезно влияет на ее прочность и вибрацию; последняя лопасть секции низкого давления длиннее других лопастей, и условия прочности более строгие.

Эти характеристики требуют, чтобы при проектировании и производстве низкотемпературных паровых турбин конструкция последних лопаток низкого давления учитывалась более всесторонне и тщательно. Обычно проектирование последних лопаток секции низкого давления требует более продвинутых аналитических программ, больше расчетов и более сложных конструктивных решений, чем проектирование других лопаток. Производство является более сложным, например: упрочнение лопаток методом электрической искры, пламенной закалки и высокочастотной закалки, термическое напыление, лазерная наплавка, местная лазерная поверхностная закалка, вставка по периметру и т.д. Несмотря на это, повреждения последних лопаток все же возникают время от времени.

2 Формы повреждений и причины последних лопаток в секции низкого давления

Существует множество форм и причин повреждений последних лопаток в низкодавленческой секции, основными из которых являются: формы и причины механических повреждений; формы и причины немеханических повреждений.

Механические повреждения и их причины: Например, в турбину попадают посторонние твердые частицы, которые повреждают лопатки, отваливаются неподвижные детали внутри турбины и повреждают лопатки, ротор и цилиндр плохо выровнены или цилиндр деформирован, что приводит к соприкосновению лопаток с паровым уплотнением, а также образуются борозды на обечайке лопатки и т.д. Однако большинство повреждений вызвано причинами, отличными от факторов проектирования конечных лопаток, которые относятся к механическим повреждениям. Этот тип повреждений можно устранить различными мерами в зависимости от их серьезности и влияния на работу.

Немеханические повреждения и их причины: повреждение, вызванное коррозией лопаток из-за низкого качества пара; повреждение, вызванное водной эрозией вследствие воздействия жидкой воды в мокром паре. В данной статье основное внимание уделяется двум причинам немеханических повреждений и методам лечения лопаток низкого давления: анализу причин повреждений, вызванных коррозией лопаток из-за низкого качества пара, и методам их устранения.

Анализ причины: Обычно лопасти низкого давления изготовлены из жаростойкой нержавеющей стали. Этот материал обладает хорошей коррозионной стойкостью благодаря образованию плотной и устойчивой оксидной защитной пленки на его поверхности. Однако, если пар содержит CO2, SO2, особенно хлорид-ионы, защитная пленка на поверхности лопасти будет подвергаться коррозии и быстро распространяться вглубь, что вызывает коррозию лопасти и значительно снижает её прочность. На примере нержавеющей стали 2Cr13, предел изгибающей усталости при комнатной температуре в воздухе составляет 390 Н/мм² (образец без заусенцев, число циклов напряжения n=5x10⁷, далее то же самое), а в чистой конденсатной воде он все еще равен 275~315 Н/мм². Однако, в растворе оксидов с содержанием NaCl более 1%, предел изгибающей усталости резко падает до 115~135 Н/мм². Снижение усталостной прочности означает сокращение срока службы. При помощи инструментального контроля конечных лопастей было установлено, что коррозия лопастей низкого давления чаще всего происходит на каждом этапе в зоне влажного пара, а местная коррозия часто возникает под слоем отложений на поверхности лопасти, затем расширяясь и образуя трещины. Продолжение эксплуатации может привести к обрыву лопасти из-за коррозионной усталости. Инструментальный анализ разрушенных лопастей показал, что слой осадка на разрушении содержит хлориды.