Эрозия деталей турбины. Ее механизм. Способы защиты от эрозионного износа?

В паровых турбинах ударному эрозионному износу подвержены рабочие лопатки послед­них и предпоследних ступеней конденсацион­ных турбин. В местах, где поток пара с по­вышенным содержанием влаги имеет высокую скорость, в особенности в ЦВД турбин АЭС, работающих на влажном паре, наблюдается износ от щелевой эрозии корпусов, обойм, диафрагм, арматуры и других деталей.

Эрозионный износ рабочих лопаток при ударах капель влаги о поверхность входных кромок лопаток проявляется вначале в появлении шероховатости поверх­ности, затем на поверхности появляются уг­лубления, кратеры, язвины, искажается форма профиля лопаток. При длительной работе возможно постепенное полное разрушение верхней части рабочей лопатки. В результате снижается механическая прочность эродиро­ванных лопаток и КПД ступени.

Различают три периода в развитии эро­зионного износа лопаток (рис. 4.9): I — инку­бационный период, когда в поверхностном слое материала накапливаются усталостные повреждения (образование и рост усталост­ных трещин); II — период интенсивной эрозии; III- период замедленного темпа эрозии. Продолжительность этих периодов зависит от влажности пара, дисперсности влаги, скорости соударения капель с поверхностью лопатки. Замедление темпов эрозии в треть­ем периоде обусловлено демпфированием удаpa за счет влаги, находящейся в кавернах. Замедление в 3 периоде происходит за счет демпфирирования удара за счет влаги, находящейся в каверних. Распределение влаги в последних ступе­нях существенно неравномерное по радиусу, причем наибольшая влажность наблюдается в периферийных областях, поэтому эрозион­ному разрушению подвергается в первую оче­редь периферийная часть лопатки, занимаю­щая приблизительно одну треть ее высоты.Для защиты рабочих лопаток от эрозион­ного разрушения применяют следующие ме­роприятия:

1) снижение влажности пара на выходе из турбины, которое достигается повышением температуры свежего пара, применением про­межуточного перегрева пара, применением выносных сепараторов в сочетании с проме­жуточным пароперегревателем для влажно-паровых турбин АЭС; 2) применение различных влагоулавливающих устройств в проточной части турбины (внутриканальная сепарация: влага собирающаяся на поверхностях лопаточного аппарата, за счет сепарации капель в криволинейных каналах решетки, отводится ч/з спец. щели, влагоулавливающие устройства на периферии ступени: влага за счет инерционных сил отбрасывается к периферии ступени, где улавливается спец. камерами с влагозадерживающими выступами и удаляется из проточной части турбины, сту­пени — сепараторы);

3) увеличение осевых зазоров между со­плами и рабочими лопатками, "Способствую­щее дроблению капель и снижению рассогла­сования скоростей влаги и пара (эти зазоры достигают 100—300 мм); 4) отказ от бандажных проволок, способ­ствующих концентрации влаги;

5) применение продольных канавок на входной части спинки лопатки у периферии; влага в канавках демпфирует удары капель и, кроме того, канавки способствуют сепара­ции влаги лопаткой;

6) применение эрозионно-стойких материа­лов, упрочнение поверхности лопаток, приме­нение защитных покрытий.

Для упрочнения входных кромок лопаток со стороны спинки к ним припаиваются сере­бряным припоем накладки, наготовленные из стеллита Стеллит - сплав на ко­бальтовой основе, обладающий высокой твердостью и износостойкостью. Стеллитовые на­кладки состоят из нескольких частей по дли­не лопатки для того, чтобы при тепловых рас­ширениях уменьшить скалывающие напряже­ния в шве между накладками и лопаткой.

В турбинах АЭС, работающих на радиоак­тивном паре, нельзя применять сплавы на кобальтовой основе по условиям радиацион­ной безопасности. Поэтому на ряде заводов производят поверхностную закалку входных кромок лопаток или электроискровым мето­дом наплавляют на поверхность лопаток твер­дый сплав.

Перечисленные мероприятия по защите от эрозионного износа позволяют избежать опас­ного эрозионного повреждения лопаток при окружных скоростях 560—580 м/с и степенях влажности за турбиной около 8%, а при по­ниженных окружных скоростях и при влаж­ности около 12—14%.

Вопрос № 317