Файл: Фаддеев И.П. Эрозия влажнопаровых турбин.pdf

Г Л А В А I V

МЕТОДЫ И ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОВ

Первоначальное чисто экспериментальное направление иссле­ дования эрозионного изнашивания различных видов проводилось на разнообразных исследовательских установках. Был получен обширный экспериментальный материал, который использовался при конструировании и эксплуатации турбин.

27. КАПЕЛЬНО-УДАРНАЯ ЭРОЗИЯ

Капельно-ударную эрозию имитируют на струйно-ударных стендах, представляющих собой диск с установленными на пери­ ферии диска образцами, подвергающимися исследованиям.

Таблица IV. 1

Результаты сравнительных исследований фирмы «Парсонс» на струйно-ударном стенде

* Эрозионная стойкость по сравнению с хромоникелевой сталью.

Струйно-капельная влага подается из одного или нескольких со­ пел. Одним из первых исследователей, поставивших опыты на струйно-ударном стенде, был Е. Хоннегер [68], проведший до­ вольно полные испытания различных материалов на установке, позволявшей получить окружные скорости 70—225 м/с. Диаметр струи воды, выходившей из сопла, был значительным — 5—10 мм.

При экспериментах фирмы «Парсонс» установленное в стенде колесо позволяло получить окружные скорости до 300 м/с. Ре-

Рис. IV. 1. Схемы струйно-ударных стендов:

а— стенд ХТГЗ:

/— эрозионная машина; 2 — мультипликатор; 3 — приводная турбина; 4 — конденса­

тор; 5 — эжектор; 6 — насос; 7 — бак; 8 — вихревой насос; 9 — мерные шайбы;

б — стенд с противоположным вращением роторов фирмы «Парсонс»:

I — форсунка; 2 — образец; 3 — электродвигатель; 4 — эжектор; 5 — фильтр; 6 —

конденсатор; 7 — насос; 8 — сброс циркуляционной воды; 9 — бак; 10 — насос; 11 — фильтр

зультаты сравнительных исследований по эрозионной стойкости различных сталей показаны в табл. IV. 1. За эталон была взята стойкость хромоникелевой стали. Новая эрозионная машина фирмы «Парсонс» была выполнена с противоположным вращением распылителей влаги и ротора, приводимых во вращение электро­ двигателями мощностью 90 кВт с п = 12 000 об/мин (рис. IV. 1, 6). Образцы, установленные на ободе диска, вращались в вакуумной камере с разряжением до 10 кПа. Давление в камере регулирова­ лось подачей воздуха в первую ступень эжектора. Установка «Парсонс» позволяла испытывать образцы с окружными скоро­ стями до 600 м/с. Как видно из рис. IV.2, износ сплавов на желез­ ной, кобальтовой и никелевой основе и спеченных карбитов ли­ нейно зависит от твердости.

Интересна конструкция струйно-ударного стенда фирмы «Вайц» [81 ]. Струи воды подводились через двести сверлений диаметром 0,5—1 мм, расположенных по кольцу. Испытывались лопаточная сталь Х15СгМо121 и титан в течение 5—20 мин при скорости вра-

116

щения образца от 200 до 350 м/с. Пять минут испытаний соответ­ ствуют 20 000—30 000 ч эксплуатации в пересчете на количество ударов образца о пересекаемые струи. Результаты испытаний по­

и покрытий на лопаточных сталях была выполнена на новом струйно-ударном стенде ХТГЗ [44]. Стенд (рис. IV. 1, а) состоял из струйно-ударной машины, мультипликатора, приводной паровой

Рис. IV.3. Объемный износ образца на уста­ новке фирмы «Вайд» (Австрия) в зависимо­ сти от окружной ско­

рости вращения:

t — сталь Х15СгМо121; 2 — среднезакаленная сталь; 3 — титановый сплав; 4 — сильнозака­ ленная сталь

турбины, конденсатора и систем обслуживания стенда. Собственно машина представляла собой стальной вакуумный корпус с вра­ щающимся в нем ротором. На периферии диска ротора в 32 пазах под различными углами устанавливались испытуемые образцы.

117

Внутри корпуса поддерживалось давление до 30 кПа. Конденсат на образцы подавался форсункой. Конструкция первого варианта стенда допускала испытания образцов с наибольшей окружной скоростью — 440 м/с. После модернизации стенда максимальная до­ стижимая окружная скорость стала равной 575 м/с. В качестве исходной характеристики износа была принята потеря массы об­ разца в зависимости от числа ударов образца в струю конденсата,

распыливаемого форсункой. Некоторые результаты испы­ таний на первом варианте струйно-ударной машины ХТГЗ показаны на рис. IV.5.

Большинство исследова­ телей изнашивания турбин­ ных материалов от капель­ ной эрозии считают испыта­ ния на струйно-ударном стенде наиболее соответствую-, щими условиям работы рабо­ чих лопаток во влажнопаро­ вой части турбины. Дейст­ вительно, рабочие лопатки пересекают капельные струи, и, на первый взгляд, условия эксплуатации и испытаний идентичны. Однако практика показывает, что результаты износа образцов из одного и того же материала отличают­ ся поколичественнымданным, полученным на различных стендах. При более детальном рассмотрении условий экспе­

римента на струйно-ударном стенде отметим следующее:

1)капельная струя, которая подается из отверстия или фор­ сунки, имеет дисперсность влаги, иногда сильно отличающуюся от дисперсности влаги, сходящей с выходных кромок лопаток направ­ ляющего аппарата;

2)испытуемые образцы имеют конфигурацию поверхности ме­ талла, о которую ударяются струя капель, отличную от конфи­ гурации поверхности входной кромки лопатки, подвергающейся эрозии;

3)расстояния между срезом сопла и образцом в струйно-удар­

ной машине выбираются произвольно, поэтому входные треуголь­ ники скоростей капель, ударяющихся об образец, для каждого стенда различны; входные треугольники влаги в стендах резко отличаются от входных треугольников капель в турбинной сту­ пени;

118