Poškodba in obdelava lopatic zadnje stopnje nizkotlačne parne turbine

1. Značilnosti delovnega okolja turbinskih lopatic

Delovno okolje lopatic parne turbine je zelo zapleteno in ostro. Natančneje jih lahko razdelimo na tri dele: visokotlačni, srednji in nizkotlačni odsek. V primerjavi z lopaticami v odsekih visokega in srednjega tlaka imajo delovni pogoji zadnjih lopatic v odseku nizkega tlaka nizkotlačne parne turbine naslednje značilnosti: tlak pare na zadnji stopnji odseka nizkega tlaka je nižji od atmosferskega tlaka, volumski pretok pare je znatno povečan in pretok je kompleksen; para na zadnji stopnji nizkotlačnega odseka ima visoko vsebnost vlage, vodne kapljice v pari pa pomembno vplivajo na lopatice; ko parna turbina deluje v spremenljivih pogojih, se delovno stanje zadnje lopatice nizkotlačnega odseka najbolj spremeni, kar resno vpliva na njeno moč in vibracije; zadnje rezilo nizkotlačnega odseka je daljše od drugih rezil, pogoji trdnosti pa so strožji.

Te značilnosti zahtevajo, da je treba zasnovo lopatic zadnje stopnje nizkotlačnega odseka obravnavati bolj celovito in skrbno med načrtovanjem in proizvodnim procesom nizkotlačnih parnih turbin. Na splošno zasnova lopatic zadnje stopnje nizkotlačnega odseka zahteva naprednejše programe za analizo, več izračunov in bolj zapletene strukturne zasnove kot zasnova drugih lopatic. Izdelava je težja, kot so: gašenje z električnim iskrenjem in plamenom ter utrjevanje rezil z visokofrekvenčnim kaljenjem, termično brizganje, lasersko oplaščenje, lokalno lasersko kaljenje površin, periferno vlaganje itd. Kljub temu se občasno še vedno pojavljajo poškodbe rezil zadnje stopnje.

2 Oblike poškodb in vzroki lopatic zadnje stopnje v nizkotlačnem delu

Obstaja veliko oblik in vzrokov poškodb lopatic zadnje stopnje v nizkotlačnem delu, glavni so: oblike in vzroki mehanskih poškodb; oblike in vzroki nemehanskih poškodb.

Mehanske poškodbe in vzroki: Na primer, tuji trdi delci vstopijo v turbino in poškodujejo lopatice, fiksni deli v turbini odpadejo in poškodujejo lopatice, rotor in valj nista dobro poravnana ali je valj deformiran, kar povzroči, da se lopatice drgnejo ob parno tesnilo, na ohišju lopatic pa se obrabijo utori itd. Vendar je večina poškodb posledica razlogov razen konstrukcijskih dejavnikov končnih rezil, ki so mehanske poškodbe. To vrsto škode je mogoče obravnavati z različnimi ukrepi, odvisno od njene resnosti in vpliva na delovanje.

Nemehanske poškodbe in vzroki: poškodbe zaradi korozije lopatic zaradi slabe kakovosti pare; škoda zaradi vodne erozije, ki jo povzroči udar tekoče vode v mokri pari. Ta članek v glavnem obravnava dva nemehanska vzroka poškodb in metode zdravljenja lopatic nizkotlačnega odseka: analizo vzrokov škode zaradi korozije lopatic zaradi slabe kakovosti pare in metode obdelave.

Analiza vzroka: Običajno so lopatice nizkotlačne turbine izdelane iz toplotno odpornega nerjavečega jekla. Ta material ima dobro odpornost proti koroziji, ker se na njegovi površini tvori gost in stabilen oksidni zaščitni film. Če pa para vsebuje C02, S02, zlasti kloridne ione, bo zaščitna folija na površini rezila razjedena in se bo hitro razvila v globino, kar bo povzročilo korozijo na rezilu, moč rezila pa bo močno zmanjšana. Če za primer vzamemo nerjaveče jeklo 2Cr13, je upogibna utrujalna trdnost na zraku pri sobni temperaturi 390 N/mm2 (preskušanec brez zareze, številka cikla napetosti n=5x107, enako spodaj), upogibna utrujalna trdnost v čisti kondenzirani vodi pa je še vedno 275~315 N/mm2. Vendar pa v raztopini oksida z vsebnostjo NaCl > 1 %, upogibna utrujalna trdnost močno pade na 115 ~ 135 N/mm2. Zmanjšana utrujenostna trdnost pomeni krajšo življenjsko dobo. Z instrumentalnim pregledom končnih lopatic je bilo ugotovljeno, da se korozija nizkotlačnih končnih lopatic večinoma pojavlja na vsaki stopnji v območju mokre pare, lokalna korozija pa se pogosto pojavlja na površini lopatic pod plastjo luske, ki se nato razširi in tvori razpoke. Nadaljevanje delovanja bo povzročilo zlom rezila zaradi korozijske utrujenosti. Inšpekcijski pregled in analiza zlomljenih rezil z instrumenti je pokazala, da je plast sedimenta zloma vsebovala kloride.