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

первой ступенью ЧНД. Интенсивный размыв металла приводит к гидроабразивному износу дисков рабочих колес в ЧНД (см. рис. 1.4). Происходит ослабление металла дисков из-за его из­ носа. Для устранения данного износа необходима конструктивная проработка соединения, не допускающая образования щелей.

При обследовании турбин на эрозию была отмечена эрозия выступающих из общего ряда лопаток, выступающих частей разъ­ емов корпусов, обработанных по половинкам и других деталей, подверженных встрече с каплями или струями воды е нормальными составляющими скоростей к изнашиваемым поверхностям более 140—150 м/с. Образовавшиеся при износе частички твердого аэрозоля, в свою очередь, вызывают износ проточной части тур­ бины. Поэтому устранение этого вида износа является важным.

Во время обследования отмечался износ выступающих из общего ряда по входным и выходным кромкам лопаток. Для умень­ шения износа выступающих лопаток необходимо строго соблю­ дать допуски на сборку лопаток.

Вибрационная отстройка лопаток с помощью бандажных свя­ зей общеизвестна и широко применяется. Разные фирмы приме­ няют различные виды бандажных связей, считая свои конструкции наилучшими. Как показали результаты обследований на эрозию, введение в капельный поток бандажных связей приводит к повы­ шенной эрозии рабочих лопаток в районе связи. При устройстве бандажных связей следует иметь в виду возможный отскок капель ,от плоско срезанных торцов, боковых поверхностей выступов,

ипо возможности их конструктивно устранять.

Вкромочных следах лопаток направляющего аппарата обра­ зуется крупнодисперсная влага. Для уменьшения дисперсности раздробленной в кромочном следе влаги выходные кромки лопа­ ток НА следует выполнять возможно более тонкими.

Упериферии ступени концентрируется влага в виде капельно­ пленочной пелены. Под действием пара эта влага транспортируется через ступень. В старых конструкциях турбин отсекание этих пристеночных потоков осуществлялось, например, пластинчатыми отсекателями [система фирмы «Сименс—Шуккерт» (рис. 1.13, б)]. Интенсивность износа рабочих лопаток с отсекателями резко снижалась.

Помимо различных устройств, отводящих влагу с поверхности лопатки, имеются предложения по выполнению на выходных кром­

ках специальных уступов, разбрызгивающих влагу при сходе с лопаток1. По мнению авторов, абсолютная скорость капель при этом приближается к скорости основного потока. Близкой по замыслу к патенту ЧССР является лопатка НА с зубцами на выходной кромке для разбрызгивания влаги в кромочном следе2.

156

Имеется предложение для организации движения влаги, сбро­ шенной с впереди стоящей ступени установкой на входе в следую­ щий направляющий аппарат системы плоских лопаток различной ширины1. Лопатки направляющего аппарата выполнены пусто­ телыми с системой водоотводящих отверстий.

Значительное поле деятельности для конструктора предостав­ ляется при выполнении рабочих лопаток с эрозионностойкими наклонными поверхностями. При обследовании эрозионных ло­ паток из обычных лопаточных сталей было отмечено, что эрозия незащищенной стальной поверхности возникает при взаимодей­ ствии капель с эродированной поверхностью при нормальных составляющих скоростей капель больше 140—150 м/с. Ориенти­ ровкой входных кромок рабочих лопаток, наиболее подверженных эрозии, по отношению к основным капельным потокам можно резко снизить эрозию входных кромок. Однако протяженность вдоль поверхности рабочей лопатки ориентированной площадки может оказаться недостаточной. Применением наклонного оребрения можно расширить ориентированные площадки вдоль входной кромки. Одновременно с увеличением защитных функций канавки оребрения будут служить для отвода влаги к пери­ ферии.

На отдельных рабочих лопатках была отмечена эрозия пери­ ферийного торцового сечения по выпуклой поверхности лопатки.

.Для устранения этого вида эрозии торцовую поверхность лопатки необходимо наклонить от выпуклой к вогнутой стороне профиля под углом 12—45° к вектору окружной скорости периферийного конца с тем, чтобы нормальная составляющая удара капель была меньше 140—150 м/с для незащищенной лопатки.

Часто возникает эрозия входного угла периферийного конца лопатки. Она вызывается влагой, срывающейся с внешнего об­ вода соплового канала. Для ее устранения было предложено выполнять угол лопатки срезанным, установкой срезанной по­ верхности наклонной с углом установки, обеспечивающим взаи­ модействие с влагой при нормальных составляющих скоростей капель 140—150 м/с.

Применяемые на лопатках стеллитовые напайки при высоких окружных скоростях также подвержены эрозии. Эрозию входной части напаек можно резко сократить, выполнив ее с определенным углом установки. Для стеллита марки ВЗК, применяемого оте­ чественными заводами для напаек, пороговая нормальная со­ ставляющая скорости удара капель для появления эрозии равна 300—320 м/с. На поверхности напаек можно предусмотреть за­ щитные канавки с углами установки боковых поверхностей, обе­ спечивающими взаимодействие с каплями в указанном диапазоне нормальных составляющих. Этим будет значительно увеличена стойкость стеллита.

1 Пат. ЧССР, кл. F01d, 14с, 10/03, № 130855, 1967 г.

157

При выполнении стеллитовых напаек необходимо выполнять входную часть напайки заостренной с минимальным радиусом скругления. В противном случае появится интенсивная эрозия входной части стеллитовой напайки.

Выходные кромки лопаток при работе на частичных режимах подвергаются интенсивной эрозии. Для предохранения возможно применение закалки т. в. ч. выходных кромок1 или придание вы­ ходной кромке эрозионностойкой формы путем скоса кромки под углом, обеспечивающим встречу с каплями, затягиваемыми в при­ корневую область при работе на частичных режимах, с нормаль­ ными составляющими скоростей ниже пороговых для начала ин­ тенсивной эрозии.

Выступающие хвостовики лопаток должны быть скошены к по­ верхности диска с тем, чтобы не появлялось эрозии выступающих частей.

Для предохранения от эрозии головок заклепок они не должны выступать над поверхностью диска в районе обода.

Во время обследования на эрозию выявлена эрозия торцовых поверхностей балансировочных грузов, вставленных на боковых поверхностях дисков ротора в пазе типа «ласточкин хвост». Ка­ пельная влага под действием насосного эффекта диска, двигаясь к периферии, ударяется о торцовую поверхность груза с окруж­ ными скоростями больше пороговых эрозионного износа мате­ риала груза. Для устранения этого вида износа достаточно тор­ цовую поверхность груза наклонить под углом к плоскости диска.

37. ПРИМЕНЕНИЕ НЕОПЛАЧИВАЕМЫХ ЛОПАТОК

Основная идея этого способа, предложенного М. Б. Явельским, заключается в разгоне влаги до больших скоростей выполнением поверхности лопаток ВП проточной части несмачиваемой. Несмачиваемая поверхность может быть получена нанесением специаль­ ных тонких покрытий на силиконовой основе.

На кафедре турбиностроения ЛПИ были испытаны несмачиваемые поверхности лопаток направляющего аппарата на плоской решетке пародинамического стенда ПС-1. Лопатки выполнялись из тефлона. Был испытан профиль сечения А —А (см. рис. 1.9) модели направляющего аппарата 29-й ступени турбины К-300-240 ЛМЗ. С помощью скоростной киносъемки было иссле­ довано движение капельно-пленочной влаги по поверхности ло­ патки.

Характер движения влаги значительно отличается от дви­ жения по смачиваемой лопатке, так как происходит движение от­ дельных частиц, по форме близких к шаровым. Если учесть, что диаметр модальных капель меньше толщины пограничного слоя 0,1—0,15 мм, то попавшая в зону пристеночного течения капля по­

1 Фр. пат., кл. FOld, № 1353911, 1964 г.

158

лучает значительное вращательное движение от соприкосновения со слоями текущего с высокой скоростью пара. Возникающая подъемная сила, действующая на вращающуюся каплю, катя­ щуюся в начальный момент по поверхности лопатки, перемещает каплю к внешней границе пограничного слоя. Под действием подъ­ емной силы капля может быть поднята в проток и разогнана в ядре потока до значительной скорости. Это обстоятельство положитель­ но сказывается на уменьшении эрозии рабочих лопаток.

По визуальной оценке движение капель по несмачиваемой поверхности лопаток происходит иначе, чем по смачиваемым ло­ паткам. Совершенно иначе выглядит картина схода влаги с зад­ ней кромки направляющих лопаток. Язычки влаги в кромочном следе при низких числах Мсь равных 0,5—0,6, значительно ко­ роче, чем для смачиваемой лопатки. Однако в потоке за выходными кромками исследованных сопловых несмачиваемых лопаток фо­ тографированием с помощью короткоимпульсной вспышки были зарегистрированы значительные по размерам (до 150 мкм в диа­ метре) сгустки влаги — деформированные капли и куски нераз­ дробленной пленки. Такие крупные частицы влаги могут вызвать значительную эрозию рабочих лопаток. Поэтому выполнение со­ пловых и рабочих лопаток несмачиваемыми не решает проблемы эрозии. Несмачиваемость профильных поверхностей проточной части будет ослаблять концентрацию влаги у периферии проточ­ ной части за счет меньшего отбрасывания влаги к периферии ра­ бочих лопаток центробежными силами, способствовать большему разгону влаги. Но выполнение поверхностей проточной части несмачиваемыми следует комбинировать с другими способами противоэрозионной защиты. Например, входную часть лопаток НА выполнять с системой внутриканальной сепарации —■отверстиями или щелями, а остальные части профиля делать несмачиваемыми. На рабочих лопатках выпуклую сторону входных кромок выпол­ нять с продольными или наклонными противоэрозионными ка­ навками, а остальные части профильной поверхности рабочей лопатки делать несмачиваемой. Таким комбинированным исполь­ зованием различных способов защиты можно получить ощутимый противоэрозионный эффект.

38.ЗАЩИТА ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛОПАТОК

Впаротурбинной промышленности широко используют защиту входных кромок рабочих лопаток напайкой твердых сплавов, хорошо сопротивляющихся эрозии. Первоначально напайки из­ готовлялись из твердых закаленных сталей. В настоящее время повсеместно применяются стеллиты •— сплавы на кобальтовой основе.

Из отечественных заводов стеллитовую защиту лопаток на­ пайками применяют ЛМЗ, УТМЗ.

Английская фирма AEI для защитных пластин применяет стеллиты 12, 4, 6, 7, 8 (расположены в порядке сопротивляемости

159

Литые пластины отливают по форме, близкой к месту установки на лопатках. Однако литые стеллиты, обладающие низкой вяз­ костью при растяжении, обнаруживают непостоянство механичес­ ких свойств. При отливке редко удается получить пластины, сво­ бодные от дефектов. Еще одним существенным недостатком стелли­ тов является отличие коэффициента линейного расширения от ма­ териала лопаток. Поэтому невозможно выполнить значительные по длине защитные стеллитовые пластины без опасения нарушения их пайки при нагреве лопаток со стеллитовой защитой.

Хотя противоэрозионная защита лопаток с использованием накладок из стеллита известна, продолжают появляться патенты на многослойную защиту входной кромки лопатки1. Защитные, экраны предполагается изготовлять из стеллита 6 или сплава Хайнез Аллой 6КСоединение экранов с лопаткой осуществляется

электросваркой.

В японском патенте2 предложена лопатка паровой турбины, в которой для повышения стойкости против эрозии входная кромка экранируется тонким слоем 0,2—0,3 мм эрозионностойкого мате­ риала. Патент США3 предлагает лопатки паровых турбин с противоэрозионным покрытием. Предусмотрены три варианта комбинаций материалов лопаток и защитных накладок. Два варианта — из титанового сплава с защитой из стеллита 6В (66% Со, 26 /о Сг, 4% W; 3% Fe, 1% С) и титанового сплава с содержанием 11 /о Ti, 24% А1 с приваркой накладок электросваркой.

В патенте США4 предложена турбинная рабочая лопатка с су­ жающейся от вершины к корню противоэрозионной защитой вход­ ной кромки из материала со значительной стойкостью к эрозии чем материал основной лопатки. Однако такие лопатки ХТГЗ

применяют в мощных турбинах с 1960 г.

ЛМЗ на последних лопатках выпускаемых турбин применяет

28 X 12X2, 33 X 12X2. Пайка пластин производится припоем ПСр45 с температурой плавления 720—725° С. При пайке применяется флюс [1], препятствующий возникновению окислов при нагреве.

Максимальная деформация при пайке т. в. ч. составляет 2 3 мм. На входной кромке лопаток в зоне термического влияния получается паяное соединение с нормальной структурой мате­ риала в зоне термического влияния.

160