Poškodenie a ošetrenie lopatiek posledného stupňa nízkotlakovej parnej turbíny

1. Charakteristika pracovného prostredia turbínových lopatiek

Pracovné prostredie lopatiek parných turbín je veľmi zložité a drsné. Konkrétne ich možno rozdeliť na tri časti: vysokotlakové, strednotlakové a nízkotlakové úseky. V porovnaní s lopatkami vo vysokotlakových a strednotlakových sekciách majú pracovné podmienky posledných lopatiek v nízkotlakovej sekcii nízkotlakovej parnej turbíny tieto charakteristiky: tlak pary v poslednom stupni nízkotlakovej sekcie je nižší ako atmosférický tlak, objemový prietok pary je výrazne zvýšený a prietok je zložitý; para v poslednom stupni nízkotlakovej sekcie má vysoký obsah vlhkosti a kvapky vody v pare majú významný vplyv na lopatky; pri chode parnej turbíny za premenlivých podmienok sa najviac mení pracovný stav poslednej lopatky nízkotlakovej časti, čo vážne ovplyvňuje jej pevnosť a vibrácie; posledná lopatka nízkotlakovej časti je dlhšia ako ostatné lopatky a podmienky pevnosti sú prísnejšie.

Tieto charakteristiky vyžadujú, aby sa pri návrhu a výrobe nízkotlakových parných turbín komplexnejšie a starostlivejšie posudzoval návrh lopatiek posledného stupňa nízkotlakovej sekcie. Všeobecne povedané, návrh lopatiek poslednej fázy nízkotlakovej sekcie vyžaduje pokročilejšie programy analýzy, viac výpočtov a zložitejšie konštrukčné návrhy ako dizajn iných lopatiek. Výroba je náročnejšia, napr.: kalenie elektrickou iskrou a plameňom a vysokofrekvenčné kalenie lopatiek, žiarové striekanie, laserové plátovanie, lokálne kalenie laserového povrchu, obvodové vkladanie atď.

2 Formy a príčiny poškodenia lopatiek posledného stupňa v nízkotlakovej časti

Existuje mnoho foriem a príčin poškodenia lopatiek posledného stupňa v nízkotlakovej sekcii, hlavné sú: formy a príčiny mechanického poškodenia; formy a príčiny nemechanického poškodenia.

Mechanické poškodenie a príčiny: Napríklad cudzie tvrdé častice vnikajú do turbíny a poškodzujú lopatky, pevné časti vo vnútri turbíny odpadávajú a poškodzujú lopatky, rotor a valec nie sú dobre zarovnané alebo je valec deformovaný, čo spôsobuje trenie lopatiek o parné tesnenie, opotrebenie drážok na plášti lopatky atď. Väčšinu mechanických poškodení však spôsobujú iné než konštrukčné poškodenia lopatiek. Tento typ poškodenia je možné riešiť rôznymi opatreniami v závislosti od jeho závažnosti a vplyvu na prevádzku.

Nemechanické poškodenia a príčiny: poškodenie spôsobené koróziou lopatiek v dôsledku zlej kvality pary; škody spôsobené vodnou eróziou spôsobené dopadom kvapalnej vody vo vlhkej pare. Tento článok pojednáva najmä o dvoch príčinách nemechanického poškodenia a metódach úpravy lopatiek nízkotlakovej sekcie: analýza príčin poškodenia spôsobeného koróziou lopatiek v dôsledku nízkej kvality pary a spôsobov úpravy.

Analýza príčin: Lopatky nízkotlakovej turbíny sú zvyčajne vyrobené zo žiaruvzdornej nehrdzavejúcej ocele. Tento materiál má dobrú odolnosť proti korózii, pretože na jeho povrchu sa vytvára hustý a stabilný oxidový ochranný film. Ak však para obsahuje C02, S02, najmä chloridové ióny, ochranný film na povrchu čepele bude skorodovaný a rýchlo sa rozvinie do hĺbky, čo spôsobí koróziu čepele a pevnosť čepele sa výrazne zníži. Ak vezmeme ako príklad nehrdzavejúcu oceľ 2Cr13, pevnosť v ohybe na vzduchu pri izbovej teplote je 390 N/mm2 (nevrubovaná vzorka, číslo cyklu namáhania n=5x107, rovnaké nižšie) a pevnosť v ohybe v čistej kondenzovanej vode je stále 275~315N/mm2. Avšak v roztoku oxidu s obsahom NaCl > 1% pevnosť v ohybe prudko klesá na 115~135 N/mm2. Znížená únavová pevnosť znamená skrátenú životnosť. Prístrojovou kontrolou finálnych čepelí sa zistilo, že korózia nízkotlakových koncových čepelí sa väčšinou vyskytovala v každom štádiu v zóne mokrej pary a často sa vyskytovala lokálna korózia na povrchu čepele pod vrstvou šupiny, ktorá sa potom rozširovala a vytvárala trhliny. Pokračovanie v prevádzke spôsobí zlomenie čepele v dôsledku koróznej únavy. Inšpekcia a analýza zlomených lopatiek prístrojmi ukázala, že vrstva lomového sedimentu obsahuje chloridy.