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

8500 ч эксплуатации обвод входной кромки был изношен. В рай­ оне точки б выпуклая поверхность лопатки также была изношена, однако без нарушения обвода входной кромки 2. Оси кратеров во всей зоне 3 имели разный наклон.

На рис. VI.5 линией I —I показана граница упрочнения лопатки сплавом Т15К6. II—II — граница различаемого конца

Рис. VI.4. Области эрозии выпуклой поверхности рабочей лопатки последней ступени турбины К-200-130-1 (35 000 ч) по десяти лопаткам и эпюры нормальных составляющих удара капель:

шему числу точек; 7, 8 — границы конца зоны эрозии на стеллитовой защите; 9 — то же по наибольшему числу точек измерений

зоны повышенной эрозии. III—III — граница конца зоны эро­ зионного износа лопатки, закаленной т. в. ч. после 9500 ч экс­ плуатации. На поверхности лопатки нанесены линии равных нор­ мальных составляющих удара капель 150 и 240 м/с на основе рас­ четов эпюр нормальных составляющих по высоте лопатки для но­ минального режима работы ступени. Как видно из рис. VI.5, покрытие Т15К6 начинает интенсивно изнашиваться при wn больше 240 м/с. Однако в зонах 5 и 6 отдельные выступающие возвышения покрытия имеют следы износа со стороны набегания капель. У границы покрытия 4 на лопатке имелись короткие эро­ зионные бороздки. Из анализа следов износа и результатов рас­ чета следует, что упрочнение на лопатке следует наносить на большей длине, примерно 70% длины лопатки от периферийного сечения лопатки.

173

Все обследованные ЧНД мощных турбин другого типа выя­ вили пониженную эрозию лопаток последней ступени. Поэтому представляло большой интерес провести проверку оценочной ме­ тодики определения интенсивности износа по уровню нормальных

составляющих удара капель для рабочих лопаток этого типа тур­ бин. На развертке выпуклой поверхности верхнего конца лопатки последней ступени (рис. VI.6) нанесены граница начала эродиро­ ванной зоны (I—/) и граница зоны повышенной эрозии (II—II) после 14 000 ч эксплуатации одной из турбин. Там же нанесены

174

линии равных нормальных составляющих скоростей удара капель 150 и 240 м/с. Топография эрозии входной кромки периферийного конца и прилегающей к ней выпуклой поверхности лопатки по­ казаны на рис. VI.6, А —А.

Аналогичные расчеты были выполнены для пяти последних ступеней ВП турбины АЭС (рис. VI.7). При сравнительно низком уровне периферийной окружной скорости на лопатках четвертой

Рис. V I.7. Зоны, очерченные линиями равных нормальных со­ ставляющих удара капель для последних ступеней турбин АПТУ

от конца ступени — около 205 м/с, в периферийной части имеется зона возможного эрозионного износа с уровнем нормальных со­ ставляющих скоростей больше 150 м/с. На следующих ступенях эта зона распространяется вдоль входной кромки до 2/3 высоты лопатки на последней ступени. Приведенные на рис. VI.7 зоны позволяют оценить величину площади поверхности, подлежащей противоэрозионной защите.

В настоящее время одним из актуальных вопросов турбострое­ ния является обеспечение эрозионной стойкости ВП ступеней ЧНД мощных турбин для АЭС. Необходимость пропуска через ЧНД турбин АПТУ громадных расходов пара и невозможность обеспечить эти расходы через существующие рабочие лопатки последней ступени ЧНД при 3000 (3600) об/мин обусловила в тур­ бинах больших мощностей переход на пониженную частоту вра­ щения 1500 (1800) об/мин [48]. Высказывается мнение, что пере­ ход на пониженную частоту вращения и пониженные периферий­

17&

ные окружные скорости последних ступеней ЧНД турбин АПТУ позволит повысить эрозионную стойкость рабочих лопаток за счет увеличения эффективности периферийной сепарации и за счет снижения окружной скорости концов рабочих лопаток. Од­ нако, как видно по данным для тихоходных турбин различных фирм (табл. VI. 1), уровень периферийных окружных скоростей равен 400—500 м/с. При таких окружных скоростях системы пе­ риферийной сепарации малоэффективны (рис. V.2).

Таблица VL1

Основные характеристики последней ступени изготовленных и проектируемых тихоходных паровых турбин

Выполнение расчетов по определению нормальной составляю­ щей ударов капель для тихоходных турбин старой конструкции типа К-50-29-1 (ЛМЗ—Метро-Виккерс), К-ЮО-29 (ХТГЗ) и со­ поставление результатов расчетов с данными обследования рабо­ чих лопаток (рис. VI.8) подтверждают сделанные выше выводы об уровне пороговой ударной составляющей капель для стальных

176

Рис. VI.8. Эпюры нормальных составляющих удара капель для проточной части ЧНД тихоходных турбин: а — К-50-29-1 (36—40-я ступени);

б — К-ЮО-29, ХТГЗ (1—3-я ступени) '

незащищенных лопаток. Однако длительность эксплуатации тур­

у которых значения wn лежат на уровне 120—140 м/с. То же на­ блюдается в турбине К-100 для 1-й ступени ЧНД. Для 2 и 3-й ступеней протяженность зоны эрозии по высоте входной кромки, обозначенная на рисунке горизонтальными штрихами, также опре­ деляется уровнем нормальных составляющих ударов капель, ле­ жащих немного ниже значений 150 м/с.

Рис. У1.9.|Влияние утопления кромок периферийного сечения лопаток (а) по­

следней ступени турбины К-200-130-1 на эпюры нормальных составляющих ско­ ростей удара капель; влияние удвоенного (замкового) шага (б) на эпюры нормаль­

ных ударных составляющих:

1 — нормальный шаг; 2 *— удвоенный шаг

Несоблюдение технологических норм при наборе лопаток РК в диск может привести к различному выступанию входных и вы­ ходных кромок рабочих лопаток из общего ряда или различному расположению кромок рабочих лопаток одной относительно дру­ гой. Под действием потока отраженных капель, летящих в плос­ кости вращения входных кромок, происходит повышенный износ входных кромок выступающих лопаток РК последних влажно­ паровых ступеней ЧНД; это было отмечено еще в 30-х годах. Имелись попытки использовать экранирующее действие выступаю­ щих кромок нескольких лопаток, специально установленных через несколько рабочих лопаток (предложения фирм: «Томпсон Хоустон» (ВТН) — Англия, 1931 г., «Альстом» — Франция, 1956 г.). Повышенный износ входных кромок выступающих из общего ряда лопаток и снижение износа утопленных лопаток хорошо иллюстрируют эпюры нормальных составляющих пери­ ферийного сечения лопатки РК последней ступени турбины К-200-130-1 [74] (рис. VI.9). Выступающие из общего ряда ло­ патки подвергаются воздействию крупных капель, летящих

178

в плоскости вращения входных кромок со скоростями, близкими к окружным скоростям вращения входных кромок. Для перифе­ рийного сечения лопатки последней ступени турбины К-200-130-1 периферийная окружная скорость равна 450 м/с, т. е. значительно выше пороговой скорости для начала эрозионного износа нержа­ веющей стали 2X13, из которой изготовлена лопатка, и стелли­ товой защиты марки ВЗК.

В гл. I было отмечено увеличение эрозии входных кромок пер­ вой за замковым разрывом лопатки, если конструкция замка де­ лает шаг лопаток увеличенным (см. рис. 1.15). Расчет эпюр нор­ мальных составляющих для замковой и обычной лопатки РК последней ступени ВП турбины, у которой периферийная окруж­ ная скорость была равна 240 м/с при влажности за ступенью около 10%, показан на рис. VI.9, 6. Увеличение шага лопаток около замка привело к увеличению нормальных составляющих скоростей удара капель в периферийном сечении вдоль профиля на расстоянии 5 мм по оси турбины на 25%, а в сечениях 0,5 и

0,75/ — на 6—7%. На расстоянии 10 мм по оси ударные состав­ ляющие возросли в сечениях соответственно — на 42 и 20%. Об­ ласть лопатки, имеющая нормальную составляющую удара ка­ пель выше пороговой для незащищенной лопаточной стали, зна­ чительно продвинулась ниже среднего сечения замковой лопатки. Обследование турбины, проработавшей главным образом в режиме частичной нагрузки более 15 000 ч, выявило повышенную эрозию

входных кромок лопаток от периферийного до сечения 0,75/. Следы слабой эрозии имелись в районе среднего сечения. Замко­ вая лопатка по ходу вращения была эродирована сильнее осталь­ ных лопаток последней ступени. Результаты обследования эрозии по высоте входной кромки замковой рабочей лопатки хорошо сов­ падают с результатами расчетов, часть которых для периферий­ ного конца показана на рис. VI.9, б.

Ширина зоны эрозии входной кромки утопленной лопатки вдоль поверхности в зависимости от глубины утопления лопатки была измерена на турбине Бергман—Борзиг мощностью 50 МВт [711 (рис. VI. 10). Для отечественных турбин и других турбин раз­ личной мощности (рис. VI. 10, а) не получается линейной зави­ симости Аа от А Ь или Аг. Для турбин разной мощности от 100 до 300 МВт ширина эродированной зоны на входной кромке хо­ рошо прогнозируется предложенным методом по пороговой нор­ мальной составляющей удара капель.

В гл. V было указано на наличие при частичных нагрузках турбины эрозионного износа выходных кромок рабочих лопаток последних ступеней. Для испытанных турбин К-50-90-2 и К-50-29-1 на режимах, близких к 50% нагрузки (см. рис. V.8), имелся минимум скорости с2 и ее составляющей с2г. По данным газодинамических измерений, были построены треугольники ско­ ростей для пара и проведен расчет разгона кромочного капельного потока в периферийной части лопатки последней ступени для

условий работы турбины при 50% нагрузки. Расчет показал, что на входной кромке нормальные составляющие капель увеличились по сравнению с номинальным режимом соответственно для сече­

ний 1 = 0,5; 0,75 и 1,0 на 8; 8,5 и 12%. Увеличение нормальных составляющих произошло главным образом для крупных капель,

5)&а,мм

10

5

0

б — ширина зоны эрозии входных кромок лопаток РК в процессе эксплуатации:

рабочих лопаток (см. рис. 1.13, б) без отсекателя; 4 — опыты по эрозии рабочих лопаток фирмы ВВС [11]; 5 — поток ЧН Д , первая лопатка за разделением потока

увеличилась до 365 м/с при периферийной окружной скорости 415 м/с. Следовательно, на режиме частичной нагрузки будет наблюдаться более интенсивный эрозионный износ входных кромок рабочих лопаток у периферийных сечений. Обследование турбин типа К-50-90-3 (4) выпуска 1967 и 1969 г., находив­ шихся в эксплуатации от 1000 до 25 000 ч на режимах частичных нагрузок, подтверждает правильность основных положений вы­ полненного расчета.

40. ОЦЕНКА ЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ВЫХОДНЫХ КРОМОК РАБОЧИХ ЛОПАТОК ПОСЛЕДНЕЙ СТУПЕНИ

Общая физическая картина движения капельной влаги, по­ падающей на выходные кромки рабочих лопаток последней сту­ пени ЧНД и основные потоки капель, вызывающие эрозию вы­

180