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

мывочные режимы от отложений раньше проводились на валоповороте. Только последнее время по рекомендации ОРГРЭС на­ чали проводиться опытные промывочные режимы влажным паром на ходу турбины.

10. ОСОБЕННОСТИ ЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА РАБОЧИХ ЛОПАТОК ВЛАЖНОПАРОВЫХ СТУПЕНЕЙ ТУРБИН АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

В турбинах, работающих на паре от атомных парогенераторов, особым вопросом является эрозионный износ деталей омываемых паром. Для атомных установок, у которых оборудование работает на активном паре, поступление в пароводяной тракт продуктов эрозии нежелательно. Радиоактивные отложения и частицы за­ трудняют осмотры и усложняют ремонт турбины. Поэтому в атом­ ных паротурбинных установках, где исключается применение упрочняющих сплавов, содержащих кобальт из опасения выноса его в контур и активации, мероприятия по уменьшению эрозион­ ного износа должны быть направлены по пути применения других материалов для уменьшения эрозии деталей.

Работа турбинных проточных частей на влажном паре высо­ кого давления поставила новые вопросы по возникновению и раз­ витию эрозии деталей в условиях, ранее не имевших места в обыч­ ных турбинах, работавших в ЧВД и ЧСД на перегретом паре. Многолетняя эксплуатация отечественных влажнопаровых тур­ бин показала, что эрозионного износа направляющих и рабочих лопаток ЧВД, изготовленных из стали 1Х11МФ и 1X13, рабо­ тающих на паре высокого давления, не происходит. При эксплуа­ тации в турбине К-70-29 была отмечена эрозия рабочих лопаток девятой ступени ЧВД с степенью влажности за ступенью около 12% и давлением пара около 0,2 МПа [43]. ЦНД турбины К-70 двухпоточный с четырьмя ступенями в потоке, использован от турбины Т-100 ХТГЗ. В его проточной части отмечена эрозия двух последних ступеней. Особенно сильная эрозия наблюдалась на периферийных участках входных кромок лопаток РК послед­ ней ступени. Несмотря на выполненные мероприятия по влагоудалению на периферии между направляющим аппаратом и ра­ бочим колесом, противоэрозионным упрочнением сплавом Т15К6, эрозия рабочих лопаток последней ступени была повышенной при давлении в конденсаторе 3,9 кПа и влажности за последней ступенью 12,5% [13].

41

тельная работа периферийной системы сепарации и наличие рез­ кого излома периферийного обвода проточной части турбины в последней ступени. Рабочие лопатки последней ступени были выполнены с положительной перекрышей периферийного конца 18 мм. Эродированная зона имеет максимальный износ на пери­ ферийном обводе диафрагмы.

На выпуклой поверхности рабочей лопатки, стоящей против хода вращения в канале с разрывом проволочной бандажной связи,

впереди бандажной проволоки наблюдается серпообразная зона эрозии лопатки.

^Эрозия поверхностей литого стального корпуса над перифе­ рийным концом рабочих лопаток аналогична по виду эрозии в тур­ бинах типа К-50 (рис. 1.25).

В выходном патрубке турбины имелись следы эрозии на рас­ порных трубах, ребрах жесткости и выступающих деталях па­

трубка в местах, омываемых интенсивными влажнопаровыми потоками.

11. ВИДЫ ЭРОЗИОННОГО ИЗНАШИВАНИЯ

Эрозия деталей паровых турбин представляет собой поверх­ ностное изнашивание деталей под действием различных факторов, обусловленных механическим, химическим, электрическим, теп­

ловым воздействием рабочего тела и его твердых и жидких включений.

Поверхностное изнашивание деталей паровых турбин про­ исходит непрерывно во время эксплуатации турбин. Увеличение износа может быть обусловлено несовершенством принятых ме­ тодов конструирования, конструкторско-технологическими ошиб­ ками, несовершенством технологии изготовления деталей, нека­ чественным монтажом, работой турбины на режимах, отличных от расчетного. Рассмотрим процессы, вызывающие эрозию поверх­ ностей деталей проточной части паровых турбин, омываемых по­ токами, содержащими твердый и жидкий аэрозоль, крупные ча­ стицы различного происхождения и струйки влаги (табл. 1.1).

Основными процессами, приводящими к интенсивной эрозии деталей, омываемых паром, содержащим жидкий и твердый аэро­ золь — капли конденсата и твердые частицы различного проис­ хождения, являются: механическое изнашивание под действием удара жидкости и твердых частиц; гидро-, пароабразивное изна­ шивание под действием абразивного воздействия твердого аэро­ золя, движущегося по поверхности детали за счет кинетической энергии пара или воды; капельное изнашивание под действием удара капель; струйное изнашивание под действием удара струй. Коррозионный процесс происходит в результате комплексного воздействия химических, электрических и тепловых воздействий на металл в местах удара капель, струй жидкости и частичек твердого аэрозоля. По данным [44], коррозия оказывает значи­ тельное влияние на протекание эрозионных процессов, поэтому

43

Таблица 1.1

Основные процессы, вызывающие эрозию поверхностей деталей паровых турбин при воздействии различных агентов

на классификационной схеме она может быть связана с гидро­ абразивной, механической, капельной и струйной эрозией.

Химическое воздействие активизируется благодаря высоким давлениям и температурам в месте воздействия капли, струи или твердой частицы. Кроме активизации химических процессов, по мнению некоторых исследователей, в месте контакта возникают

значительные разности потенциалов, приводящие к разрядным явлениям.

Механическая- (ударная) эрозия происходит от воздействия твердых частиц, вызывающих на лопатках и других деталях тур­ бины выбоины, выломы и царапины. Обычно интенсивные повре­ ждения поверхности лопаточного аппарата происходят во время

44

деформации стали оказывает структура поверхности металла,

чистота обработки поверхности, ее механические свойства, твер­ дость и наличие дефектов.

При ударе капли или струи на поверхности стального образца возникает круглое углубление, соответствующее диаметру капли или головной части струи. Центральная гладкая зона (исключая отдельные шероховатости по границам зерен) по периферии дефор­ мирована и переходит в кольцевую зону выступов и углублений.

вах сдвигу подвергается наиболее мягкая фаза. Исследования показывают, что первыми признаками эрозии конструкционных сталей является появление малых поверхностных повреждений металла. Непрерывно нарастая, они приводят к хрупкому трещинообразованию. С повышением предела текучести (или твердости) металла наблюдается снижение степени разрушения поверх­ ности. По-видимому, повреждения происходят из-за местной теку­ чести в слабых местах, т. е. имеющих пороки в поверхностном слое. Наибольшая сопротивляемость эрозии была обнаружена у металлов с однородной совершенной микроструктурой. Такими сплавами, например, являются стеллиты — сплавы на кобаль­ товой основе. Они умеренно тверды и имеют некоторую долю пластичности. Их структура обычно характеризуется равномер­ ным распределением твердой карбидной фазы в матрице с высокой механической прочностью.

Многократное воздействие капель и струй на поверхность твердого металла или сплава приводит к механическому ударному трещинообразованию. Трещины распространяются в глубь поверх­ ности как по межкрисгаллитному веществу, так и по кристаллам. Происходит выламывание отдельных участков поверхности, т. е. развивается интенсивный эрозионный износ.

Гидроили пароабразивная эрозия возникает под действием абразивного эффекта от твердого аэрозоля, транспортируемого через проточную часть турбины паровым или влажнопаровым потоком. За счет абразивного износа твердыми частицами проис­ ходит разрушение поверхности рабочих лопаток первых ступеней ЧВД и первых ступеней ЧСД после промперегрева (см. рис. 1.24). Следы гидроабразивного износа носят рабочие лопатки ступе­ ней ЧНД в местах отбрасывания силами инерции пленок, струек и капель влаги, содержащих твердые абразивные частицы.

Гидроабразивному износу в виде вымытых бороздок подвер­ жены неподвижные стальные и чугунные детали обойм, диафрагм и патрубков влажнопаровых частей турбины. Механизм гидроабразивного изнашивания очень сложен из-за дополнительных эффектов, обусловленных наличием жидкости. В конечном счете механизм изнашивания определяется сочетанием интенсивности механических факторов изнашивания от жидкости и абразивных частиц, а также химического фактора жидкой среды [29, 44].

46

Кавитационное изнашивание деталей влажнопаровых турбин происходит за счет процессов, протекающих при смыкании кави­ тационных каверн на поверхности детали. Образование каверн в жидкостном потоке происходит из-за слабых мест в жидкости, наличие которых обусловлено растворенными в воде газами, присутствием гидрофобных частичек твердого аэрозоля с порами, содержащими газы, или имеющих участки поверхности со слабым сцеплением с конденсатом [40]. Кавитационные каверны обра­ зуются также в центре некоторых растекающихся капель при ударе их о поверхность детали. Высказывается также ряд гипо­ тез, объясняющих возможность образования слабых мест в жидко­ сти, например за счет адсорбции ионов органических приме­ сей на поверхности пузырька с образованием органического мономолекулярного слоя со слабым сцеплением с окружающей его жидкостью, и другие идеи.

При смыкании кавитационных каверн на обтекаемое твердое тело действуют импульсные воздействия. Физический механизм воздействия пока изучен недостаточно полно, однако выяснено, что при смыкании каверны возникает настолько большое давле­ ние на твердую поверхность, что под его воздействием происхо­ дит разрушение даже тщательно обработанной поверхности мате­ риалов, обладающих наивысшей твердостью (прочностью). В настоящее время для объяснения механизма изнашивания предло­ жены две основные модели возникновения значительных импульс­ ных воздействий. По первой при смыкании каверны струйка жидкости со значительной скоростью ударяет о поверхность металла [42], по второй — каверна смыкается на некотором рас­ стоянии от поверхности детали и при этом генерирует ударную волну, взаимодействующую с поверхностью металла.

Образованные каверны могут быть заполнены водяным паром, газом или газопаровой смесью. Возникновение паровых каверн носит взрывной характер. Газовые каверны образуются медленно за счет диффузионного развития. По смыканию каверн с паром или газом различают газодинамическую паровую или газовую кавитацию [29].

По внешнему виду кавитационная эрозия чугунов и сталей весьма разнообразна. Изнашивающее действие кавитации заклю­ чается в постепенном износе металла, находящегося в зоне кави­ тации, в виде углублений на поверхности. Сначала с поверхности удаляются мелкие частицы металла. Изнашивание носит корро­ зионно-усталостный характер. Пластических деформаций не на­ блюдается. Первоначально появившиеся углубления сливаются между собой, и вся поверхность детали в зоне кавитации по­ крывается углублениями и трещинами беспорядочного харак­ тера.

По исследованиям [29], изнашивающее действие гидродинами­ ческой паровой и газовой кавитации в 5—8-й степенях зависит от скорости потока воды. Наибольшее значение степени соответ­

47