Повреждення та лікування останніх лопаток низькотискового парового турбіна

1. Характеристики робочого середовища турбінних лопаток

Робоче середовище паротурбінних лопаток є дуже складним і жорстким. Конкретно, вони можуть бути поділені на три частини: високого, середнього та низького тиску. У порівнянні з лопатками у високотисковій та середньотисковій частинах, робочі умови останніх лопаток у низькотисковій секції паротурбіни мають такі особливості: тиск пару на останньому етапі низькотискової секції нижчий за атмосферний, об'ємова швидкість пару значно зростає, а потік є складним; пар на останньому етапі низькотискової секції містить велику кількість водяної вологи, а краплі води у парі суттєво впливають на лопатки; коли паротурбіна працює у змінних умовах, стан останньої лопатки низькотискової секції найбільше змінюється, що суттєво впливає на її міцність та вibrації; остання лопатка низькотискової секції довша за інші лопатки, а умови міцності строгіші.

Ці характеристики вимагають, щоб під час проектування та виготовлення низькотискових парових турбін участь останнього етапу лопаток розглядалася більш комплексно і уважно. Зазвичай проектування останніх лопаток низькотискового сектора потребує більш сучасних аналітичних програм, більше обчислень та більш складних конструкційних проектів, ніж проектування інших лопаток. Виготовлення є складнішим, наприклад: електроерозійне та плам'яне закалювання лопаток, високочастотне закалювання, термічне спрayers, лазерна наплавка, локальне лазерне поверхневе закалювання, периферійне вкладення тощо. Незважаючи на це, пошкодження останніх лопаток все ж таки відбувається з часом.

2 Форми та причини пошкодження останніх лопаток у низькотисковому секторі

Існує багато форм та причин пошкодження лопаток останнього етапу у секції низького тиску, головні з них: форми та причини механічних пошкоджень; форми та причини не механічних пошкоджень.

Механічні пошкодження та їх причини: Наприклад, в турбіну потрапляють чужорідні тверді частинки і пошкоджують лопатки, відпадають фіксовані деталі всередині турбіни і пошкоджують лопатки, ротор і циліндр не вирівнені добре або деформується циліндр, що призводить до того, що лопатки тертяться про парову запобонку, і на обкладинці лопаток виникають зачепи тощо. Проте більшість пошкоджень виникає з причин, що не пов'язані з дизайнерськими факторами кінцевих лопаток, які є механічними пошкодженнями. Цей тип пошкоджень можна виправити різними заходами, залежно від його суворості та впливу на експлуатацію.

Нештучні пошкодження та їх причини: пошкодження, спричинене корозією лопаток через погідну якість пару; пошкодження, викликане водяною ерозією через вплив рідинної води у мокрому парі. Ця стаття головним чином розглядає дві причини нештучних пошкоджень та методи їх усунення для лопаток низькотискової секції: аналіз причин пошкоджень, викликаних корозією лопаток через погану якість пару, та методи їх усунення.

Аналіз причин: Зазвичай, лопатки низькотискового турбіна зроблені з жаростійкої нерозчинної сталі. Цей матеріал має хорошу корозійну стійкість через утворення на його поверхні щільної і стабільної оксидної захисної фільми. Проте, якщо пар містить СО2, SO2, особливо хлоридні іони, захисна фільма на поверхні лопатки буде корозійована і швидко розвиватиметься в глибину, що призводить до корозії лопатки, а її сила значно зменшуватиметься. Наприклад, для сталі 2Cr13, гнучка втомна сила в повітрі при кімнатній температурі становить 390 Н/мм2 (справжній зразок без нотчів, число циклів стресу n=5x107, те саме нижче), а в чистій конденсатній воді все ще залишається на рівні 275~315 Н/мм2. Проте, у розчині оксидів з вмістом NaCl >1%, гнучка втомна сила різко падає до 115~135 Н/мм2. Зменшення втомної сили означає скорочений термін експлуатації. За допомогою інструментального дослідження кінцевих лопаток було виявлено, що корозія кінцевих лопаток низького тиску найчастіше відбувається на кожному етапі в області вологого пару, а локальна корозія часто виникає на поверхні лопатки під шаром насипу, потім розширюючись і утворюючи тріщини. Продовження експлуатації може призвести до зламування лопатки через корозійну втому. Інструментальний аналіз зламаних лопаток показав, що у шарі насипу на перериві містились хлориди.