Пошкодження та обробка лопаток останнього ступеня парової турбіни низького тиску

1. Характеристика робочого середовища турбінних лопаток

Робоче середовище лопаток парової турбіни дуже складне і важке. Зокрема, їх можна розділити на три частини: секції високого, середнього та низького тиску. У порівнянні з лопатями в секціях високого і середнього тиску умови роботи останніх лопатей в секції низького тиску парової турбіни низького тиску мають такі характеристики: тиск пари на останньому ступені секції низького тиску нижчий за атмосферний тиск, об’ємна витрата пари значно збільшується, а потік є складним; пар на останньому етапі секції низького тиску має високу вологість, і краплі води в парі мають значний вплив на лопаті; при роботі парової турбіни в змінних умовах найбільше змінюється робочий стан останньої лопаті секції низького тиску, що серйозно впливає на її міцність і вібрацію; остання лопатка секції низького тиску довша за інші лопаті, а умови міцності є більш суворими.

Ці характеристики вимагають, щоб конструкція лопаток останнього ступеня секції низького тиску розглядалася більш комплексно та ретельно під час проектування та процесу виробництва парових турбін низького тиску. Загалом кажучи, конструкція лопатей останньої ступені секції низького тиску вимагає більш розширених програм аналізу, більше обчислень і більш складних конструкцій, ніж конструкція інших лопатей. Виробництво є складнішим, наприклад: гасіння електричною іскрою та полум’ям та високочастотне гартування лопатей, термічне напилення, лазерне плакування, локальне лазерне гартування поверхні, периферійна інкрустація тощо. Незважаючи на це, час від часу все ще трапляється пошкодження лопатей останньої стадії.

2 Форми пошкодження та причини лопатей останнього ступеня в секції низького тиску

Існує багато форм і причин пошкоджень лопаток останнього ступеня в секції низького тиску, основними з яких є: форми і причини механічних пошкоджень; форми та причини немеханічних пошкоджень.

Механічні пошкодження та причини: наприклад, сторонні тверді частки потрапляють у турбіну та пошкоджують лопаті, фіксовані частини всередині турбіни відпадають і пошкоджують лопаті, ротор і циліндр неправильно вирівняні або циліндр деформований, що спричиняє тертя лопатей об парове ущільнення, а на кожусі лопаті зношуються канавки тощо. Проте більшість пошкоджень викликано причинами крім конструктивних факторів кінцевих лез, які є механічними пошкодженнями. Цей тип пошкодження можна усунути різними заходами залежно від його серйозності та впливу на роботу.

Немеханічні пошкодження та причини: пошкодження, спричинені корозією лопатей через низьку якість пари; пошкодження, спричинені водною ерозією, спричиненою впливом рідкої води у вологу пару. У цій статті в основному обговорюються дві причини немеханічного пошкодження та методи лікування лопаток секції низького тиску: аналіз причин пошкодження, спричинених корозією лопатей через низьку якість пари та методи обробки.

Аналіз причин: зазвичай лопаті турбіни низького тиску виготовлені з жаростійкої нержавіючої сталі. Цей матеріал має хорошу стійкість до корозії, оскільки на його поверхні утворюється щільна і стійка оксидна захисна плівка. Однак, якщо пара містить C02, S02, особливо іони хлориду, захисна плівка на поверхні леза буде роз'їдатися та швидко розвиватися вглиб, викликаючи корозію леза, і міцність леза буде значно знижена. Взявши як приклад нержавіючу сталь 2Cr13, втомна міцність на вигин на повітрі при кімнатній температурі становить 390 Н/мм2 (зразок без надрізу, номер циклу напруги n=5x107, те ж саме нижче), а втомна міцність на вигин у чистій воді конденсату все ще становить 275~315 Н/мм2. Однак у розчині оксиду з вмістом NaCl >1 % втомна міцність на вигин різко падає до 115~135 Н/мм2. Знижена втомна міцність означає скорочений термін служби. За допомогою приладового огляду кінцевих лопатей було виявлено, що корозія кінцевих лопатей низького тиску здебільшого відбувалася на кожній стадії в зоні вологої пари, а місцева корозія часто відбувалася на поверхні лопаті під шаром окалини, який потім розширювався, утворюючи тріщини. Продовження роботи призведе до поломки леза через корозійну втому. Перевірка та аналіз зламаних лопатей інструментами показали, що шар тріщини містить хлориди.