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

зона, вычищенная от отложений (см. рис. II.3). В зоне, близкой к среднему радиусу ступени, на вычищенной полосе некоторых лопаток заметны следы отложений от движения узких струек (рис. 1.22, в), появившихся при переходе турбины на режим с боль­ шим заполнением последней ступени. Аналогичная вычищенная

Рис. 1.19. Основные потоки влаги в верхней половине выходного патрубка тур­ бины К-50-90-2 (/—III), траектории движения капель, сброшенных с диска ра­ бочего колеса последней ступени при работе турбины на режиме неполной на­ грузки и эрозия деталей на задней стороне диска:

зона подлине выходной кромки наблюдалась на рабочих лопатках типа К-50, К-100 ЛМЗ, Т-100 ХТГЗ [31 ], турбины Альстом 166].

На одной из лопаток мощной турбины с выступающим из общего ряда хвостовиком после одной тысячи часов работы по­ явилась эрозия выступающей поверхности и выходной кромки

лопатки на длине I = 0,135, отстоявшей от корневого сечения

на / = 0,0625.

Анализ следов движения влаги в выходном патрубке ряда турбин выявил основные источники капель влаги, попадающих с обратными потоками на выходные кромки при работе на частич­ ных режимах.

Один из источников появления крупнодисперсной влаги в зоне обратных токов за последним РК — разбрызгивание пленки влаги при ударе о нее капель на поверхности выступающих дета­ лей внутри патрубка (ребер жесткости, аэродинамических вста­ вок, конструктивных выступов и т. д ., см. рис. 1.2). Другой источ­ ник — стекающая на диск РК влага в верхней части патрубка (рис. 1.19, //). При сходе с выступающих углов обвода патрубка в районе корня рабочих лопаток струйки влаги могут быть увле­ чены обратными токами в РКИсточником эрозии может быть влага, поступающая в выходной патрубок из заднего концевого уплотнения (рис. 1.19, III). Капельная влага из потоков II, III и влага, сконденсировавшаяся в зазоре между диском РК и выход­ ным патрубком, за счет наносного эффекта диска отбрасывается к его периферии и затем сбрасывается вдоль выходных кромок рабочих лопаток. Движущаяся по поверхности диска струйно­ капельная влага при длительной работе вызывает бороздчатую эрозию полотна диска с глубиной бороздок 0,7—1 мм и протя­ женностью 5—6 мм. Бороздки, переходя одна в другую, образуют криволинейные волнистые дорожки вплоть до обода диска. Ука­ занная влага вызывает также эрозию заклепок, торцовых поверх­ ностей балансировочных грузов (рис. 1.20) и выступающих хво­ стовиков рабочих лопаток [28].

Источником капель, вызывающих эрозию выходных кромок рабочих лопаток последней ступени, могут служить выступающие детали на поверхности диска РК последней ступени со стороны, обращенной к выходному патрубку — торцовые поверхности ба­ лансировочных грузов, заведенных в кольцевой паз, заклепки и выступающие из общего ряда хвостовики рабочих лопаток.

Эрозия выходных кромок (рис. 1.21) вызвана каплями, отра­ женными от торцовой поверхности балансировочного груза 3, укрепленного в пазу на боковой поверхности диска 2 мощной турбины, проработавшей 14 000 ч. Заметной эрозией затронуто семь рабочих лопаток 1, установленных над грузом. Зоны эрозии различны по интенсивности. Максимальная длина эродированной

зоны — 0,6/. На этой длине зона а эродирована сильнее, чем зона б. По-видимому, углы отражения потоков крупных капель стабильны, поэтому эродированные зоны а и б характеризуют по­ токи отраженных крупных капель. Износ выходных кромок ра­ бочих лопаток последней ступени такого же типа турбины, выз­ ванный отраженными каплями от выступавшего на 2,5 мм хвосто­ вика лопатки, показан на рис. 1.22. Турбина к моменту обследова­ ния проработала около одной тысячи часов главным образом на режимах частичной нагрузки и холостом ходу. Выступавшая из общего ряда лопатка была только одна. Эрозия выходной кромки наблюдалась только на данной лопатке.

На турбинах старых выпусков ЛМЗ типа К-50 и К-100 с рабо­ чей лопаткой длиной 665 мм устанавливались точеные трубча­ тые связи диаметром 10—12 мм. На среднем бандаже связь каж-

2 4

дого пакета была образована из двух частей соединением трубча­ той муфтой, расположенной за четвертой по вращению лопаткой. Разрыв связей между пакетами был выполнен с запаянными тор­ цами трубчатых связей.

На одной из обследованных турбин К-50-90-1 была обнаружена эрозия выпуклой поверхности выходных кромок рабочих лопаток

влияние на интенсивность и расположение мест эрозии на выходных кромках. Эродированные лопатки за соединительной муфтой наблюдались во всех пакетах и располагались через канал от установленной муфты по вращению ротора.

Еще одним источником крупных капель в зоне обратных то­ ков является подача конденсата на охлаждение выходного па­ трубка при сбросе пара из БРОУ во время работы турбины на

36

частичных нагрузках или холостом ходу [18]. Капли конденсата могут быть затянуты обратными токами из конденсатора с первых рядов трубного пучка.

Для анализа эрозионного воздействия потока капель, поступаю­ щего с периферии диска последней 18-й ступени турбины К-50-90-2 ЛМЗ, были рассчитаны траектории капель влаги по поверхности диска и траектории движения капель радиусами от 5 до 75 мкм,

62,5% от номинальной; □ — □ —□ — средний износ металла выходных кромок по двад­ цати лопаткам; f t—ft —ft — средний износ наклеек лопаток 2-го потока на режиме XX; ▼ — Т —V — износ наклеек одной из лопаток 2-го потока на режиме XX; О — ©— Q — износ наклеек одной выступавшей по выходным кромкам лопатки 1-го потока на режи­

ме XX; —• — --------- значения окружной скорости

сброшенных с обода диска (см. рис. 1.19). При расчете движения капель по диску и в плоскости колеса были использованы уравне­ ния движения капли по вращающейся пластине с учетом трения и уравнения движения капли в потоке пара. В качестве началь­ ных условий движения по диску была принята нулевая относи­ тельная окружная скорость попадания капли на диск. При движе­ нии коэффициент трения k' (II 1.32) принят равным 0,5. Расчет­ ная траектория движения капли по диску с принятыми допуще­ ниями достаточно хорошо совпадала с бороздками эрозионного износа диска турбины К-50, проработавшего около 100 тыс. ч.

Интересны метод и результаты исследований выходных кро­ мок лопаток последней ступени ЧНД турбины К-160-130 ХТГЗ, выполненные с помощью наклеек из стеклоткани [18]. Резуль­ таты исследований (рис. 1.23) согласуются с основными выводами

37

работы [28]. Обращает на себя внимание повышенный износ стек­ лоткани на уровне периферии предпоследней ступени.

Исследованию подвергалась эрозия последних лопаток обоих потоков ЧНД. Первый поток, обращенный к ЧСД, имел меньшие

выходу на частичную нагрузку 62,5% предшествовала сравни­ тельно долгая — от 20 до 60 мин — работа ступени на влажном паре при режиме набора оборотов и XX. При этом наклейки из легко эродируемой стеклоткани могли получить следы эрозии.

Расположение начала зоны эрозии металла рабочих лопаток подтверждает вывод [3] о существовании такого угла установки выходных кромок лопаток последней ступени, при котором не наблюдается эрозии выходных кромок. Поданным [18] и кривой изменения угла |3 для последней ступени турбины К-160-130 на­ званный угол равен 20°. При этом окружная скорость свободного

с относительной скоростью, равной окружной, причем осевая составляющая мала, то нормальная ударная составляющая воз­ действия капли на этом участке равна около 85 м/с, т. е. ниже по­ роговой для стали 1X13, чем и объясняется отсутствие эрозии.

9. АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС РАБОЧИХ ЛОПАТОК СТУПЕНЕЙ ЧВД И ЧСД

В процессе эксплуатации некоторых крупных отечественных турбин мощностью 160, 200 и 300 МВт был отмечен сильный абра­ зивный износ регулировочных ступеней ЧВД и первых ступеней ЧСД за подводом пара из промперегрева (рис. 1.24). Последствия данного износа весьма ощутимы. Испытания [58] показали, что к. п. д. ПТУ К-300-240 ХТГЗ снизился на номинальном режиме на 0,35%. Сильный износ лопаточного аппарата снижает надеж­ ность работы турбины, так как при износе направляющих лопаток уменьшается жесткость и прочность диафрагм, прогиб которых может превысить допустимый, и снижается конструкционная прочность рабочих лопаток. Продукты износа выносятся в про­ точную часть и вместе с продуктами коррозии, вносимыми в тур­ бину, вызывают дополнительный износ проточной части турбины.

Характер и вид износа рабочих лопаток регулировочной ступени после 19 000 ч и первой ступени ЧСД турбины К-200-130-1 после 13 000 ч работы показан на рис. 1.24. Износ входных кро­ мок носит явный вид ударно-абразивной эрозии с забоинами диа­ метром 1 —1,5 мм на выпуклой стороне профиля. На некоторых

38

лопатках регулировочных ступеней, длительное время нахо­ дившихся в работе, входная кромка по всей высоте была изношена на 2—2,5 мм. У корня рабочих лопаток из-за повышения концен­ трации абразива за счет сепарационного эффекта при поворотах парового потока в сопловой коробке наблюдалась повышенная эрозия, достигавшая у отдельных лопаток глубины 10 мм [14].

чертежу. В области вторичных течений наблюдался повышенный износ с полным износом (слизом) выходной кромки лопаток на ширине 3—4 мм, глубиной до 8 мм. По высоте лопатки на выход­ ной кромке с вогнутой стороны износ неравномерен, его топогра­ фия в каждой турбине различна. Общим для всех турбин является повышенный износ у торцовых поверхностей. На вогнутой поверх­ ности лопаток иногда наблюдался износ в виде абразивных ка­ навок шириной 1,5—2 мм, глубиной 1—1,5 мм с увеличивающейся глубиной к выходной кромке. Интенсивность абразивного износа в некоторых случаях была столь высока, что, например, на Заинской ГРЭС регулировочную ступень турбины К-200-130 перелопа­ тили через 9400 ч, затем вновь через 6300 ч работы [14].

Рабочие лопатки последующих за регулировочной ступеней

39

одновенечную, мелкие кратеры диаметром до 1 мм, глубиной 0,7—0,5 мм отмечены до седьмой ступени. Степень износа вход­ ной кромки убывала по мере удаления ступени по проточной части от\ регулировочной ступени. Снижение интенсивности износа, по-видимому, можно объяснить размельчением абразивных ча­ стиц при прохождении проточной части.

Анализ причин возникновения абразивного износа проточной части регулировочных ступеней и первых ступеней после под­ вода пара из промперегрева выявил основной источник появле­ ния абразивных частиц в турбине. Во всех случаях интенсивного износа была отмечена работа турбин на паре от прямоточных кот­ лов. При тщательном изучении характера и интенсивности обра­ зования частиц окалины в пароперегревателях прямоточных кот­ лов типа ПК-33, ПК-40, ПК-38, ПК-39 и других котлов ЗИО выявлен внутренний слой окалины толщиной от 0,1 до 0,25 мм. Микротвердость частиц окалины находилась в пределах НВ 70—75 при размере частиц в паре до 300 мкм. Внесенные вместе с паром в проточную часть крупные частицы твердого абразива вызывали эрозию лопаток первых ступеней по тракту поступления пара из прямоточного котла.

Интенсивному абразивному износу лопаток турбин, работаю­ щих в блоке с прямоточными котлами способствуют частые оста­ новы. Частные пуски и остановы, вызванные главным образом повреждением поверхностей нагрева котлов, приводят к резким изменениям температур стенок труб. При этом из-за разницы ли­ нейных расширений окалины и материала труб происходит рас­ трескивание и отслаивание окалины. Кроме того, частые оста­ новы затрудняют консервацию котлов, что приводит к стояночной коррозии поверхностей нагрева. В результате этого при новом пуске в питательную воду попадает повышенное количество про­ дуктов коррозии. Другие причины, на которые иногда указывается в литературе, как, например, заброс воды в турбину из парогене­ ратора, поступление влажного пара при пуске, влияние ухуд­ шения динамики потока пара при пуске блока, либо не суще­ ствуют, как две первые, либо не оказывают влияния, как послед­ няя, на абразивный износ первых ступеней. Влияние водного режима при отклонении от нормы солесодержания в питательной воде котла, особенно в пуско-наладочный период и в начальный период эксплуатации, может оказать существенное влияние на абразивный износ.

Повышенная скорость в каналах рабочего колеса регулиро­ вочной ступени при пуске во время работы турбины на одной группе сопел достигает почти удвоенной величины. При наличии абразива в паре такая работа рабочих лопаток может привести к повышенному износу вогнутой профильной поверхности рабочих лопаток.

Иногда указывают на повышенный гидроабразивный износ регулировочной ступени на промывочных режимах. Однако про­

40