Hư hỏng và xử lý cánh quạt giai đoạn cuối của tua bin hơi áp suất thấp

1. Đặc điểm môi trường làm việc của cánh tua bin

Môi trường làm việc của cánh tua bin hơi rất phức tạp và khắc nghiệt. Cụ thể, chúng có thể được chia thành ba phần: phần áp suất cao, trung bình và thấp. So với các cánh ở phần áp suất cao và trung bình, điều kiện làm việc của các cánh cuối cùng trong phần áp suất thấp của tua bin hơi áp suất thấp có các đặc điểm sau: áp suất hơi ở giai đoạn cuối của phần áp suất thấp thấp hơn áp suất khí quyển, lưu lượng thể tích hơi tăng đáng kể và lưu lượng phức tạp; hơi ở giai đoạn cuối của phần áp suất thấp có hàm lượng độ ẩm cao và các giọt nước trong hơi có tác động đáng kể đến các cánh; khi tua bin hơi chạy trong điều kiện thay đổi, trạng thái làm việc của cánh cuối cùng của phần áp suất thấp thay đổi nhiều nhất, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền và độ rung của nó; cánh cuối cùng của phần áp suất thấp dài hơn các cánh khác và các điều kiện về độ bền nghiêm ngặt hơn.

Những đặc điểm này đòi hỏi rằng thiết kế của các cánh giai đoạn cuối của phần áp suất thấp phải được xem xét toàn diện và cẩn thận hơn trong quá trình thiết kế và sản xuất các tua bin hơi áp suất thấp. Nhìn chung, thiết kế của các cánh giai đoạn cuối của phần áp suất thấp đòi hỏi các chương trình phân tích tiên tiến hơn, nhiều phép tính hơn và các thiết kế cấu trúc phức tạp hơn so với thiết kế của các cánh khác. Việc sản xuất khó khăn hơn, chẳng hạn như: làm nguội bằng tia lửa điện và ngọn lửa và làm nguội bằng tần số cao để gia cố các cánh, phun nhiệt, ốp laser, làm nguội bề mặt laser cục bộ, khảm ngoại vi, v.v. Mặc dù vậy, các cánh giai đoạn cuối vẫn thỉnh thoảng bị hư hỏng.

2 Hình thức hư hỏng và nguyên nhân của các cánh quạt giai đoạn cuối trong phần áp suất thấp

Có nhiều dạng và nguyên nhân gây hư hỏng cho các cánh quạt giai đoạn cuối trong phần áp suất thấp, những dạng chính là: dạng và nguyên nhân hư hỏng cơ học; dạng và nguyên nhân hư hỏng không phải cơ học.

Hư hỏng cơ học và nguyên nhân: Ví dụ, các hạt cứng lạ xâm nhập vào tuabin và làm hỏng các cánh, các bộ phận cố định bên trong tuabin rơi ra và làm hỏng các cánh, rotor và xi lanh không được căn chỉnh tốt hoặc xi lanh bị biến dạng, khiến các cánh cọ xát vào phớt hơi nước và các rãnh bị mòn trên vỏ cánh, v.v. Tuy nhiên, hầu hết các hư hỏng là do các lý do khác ngoài các yếu tố thiết kế của các cánh cuối cùng, đó là hư hỏng cơ học. Loại hư hỏng này có thể được xử lý bằng các biện pháp khác nhau tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng và tác động đến hoạt động.

Hư hỏng phi cơ học và nguyên nhân: hư hỏng do ăn mòn cánh quạt do chất lượng hơi nước kém; hư hỏng do nước xói mòn do tác động của nước lỏng trong hơi nước ướt. Bài viết này chủ yếu thảo luận về hai nguyên nhân hư hỏng phi cơ học và phương pháp xử lý của cánh quạt phần áp suất thấp: phân tích nguyên nhân hư hỏng do ăn mòn cánh quạt do chất lượng hơi nước kém và phương pháp xử lý.

Phân tích nguyên nhân: Thông thường, cánh tuabin áp suất thấp được làm bằng thép không gỉ chịu nhiệt. Vật liệu này có khả năng chống ăn mòn tốt vì có lớp màng bảo vệ oxit dày đặc và ổn định hình thành trên bề mặt. Tuy nhiên, nếu hơi nước chứa C02, S02, đặc biệt là các ion clorua, lớp màng bảo vệ trên bề mặt cánh sẽ bị ăn mòn và nhanh chóng phát triển theo chiều sâu, gây ra sự ăn mòn cho cánh và độ bền của cánh sẽ giảm đi rất nhiều. Lấy thép không gỉ 2Cr13 làm ví dụ, độ bền mỏi uốn trong không khí ở nhiệt độ phòng là 390 N/mm2 (mẫu không khía, số chu kỳ ứng suất n = 5x107, giống như bên dưới) và độ bền mỏi uốn trong nước ngưng tụ sạch vẫn là 275~315N/mm2. Tuy nhiên, trong dung dịch oxit có hàm lượng NaCl > 1%, độ bền mỏi uốn giảm mạnh xuống còn 115~135 N/mm2. Độ bền mỏi giảm có nghĩa là tuổi thọ sử dụng ngắn hơn. Thông qua kiểm tra dụng cụ của các cánh quạt cuối cùng, người ta thấy rằng sự ăn mòn của các cánh quạt cuối cùng áp suất thấp chủ yếu xảy ra ở mỗi giai đoạn trong vùng hơi nước ướt và sự ăn mòn cục bộ thường xảy ra trên bề mặt cánh quạt dưới lớp cặn, sau đó mở rộng thành các vết nứt. Tiếp tục vận hành sẽ khiến cánh quạt bị gãy do mỏi do ăn mòn. Kiểm tra và phân tích các cánh quạt bị gãy bằng dụng cụ cho thấy lớp trầm tích gãy có chứa clorua.