Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

нии низка. Отпуск при 100—300° С не вызывает достаточно интен­ сивного выпадения карбидов и обеднения феррита легирующими элементами. Интенсивное выпадение карбидов наблюдается при нагреве до 650° С. Внутреннее трение начинает возрастать и до­ стигает наибольшего значения тогда, когда термическая обработка обеспечивает наименьшую легированность, а следовательно, и наи­ большую пластичность феррита, т. е. после высокого (600—700° С) и продолжительного отпуска.

Отметим, что общепринятой методики определения декремента затуханий пока нет, экспериментальный материал, характеризую­ щий значения декремента сталей в различных условиях, весьма ограничен, встречаются противоречивые данные.

По способности гасить колебания стали 1X13 и 2X13 занимают первое место среди сталей, применяемых в настоящее время в паротурбостроении для лопаток. При прочих равных условиях у стали 1X13 эта способность выше, чем у стали 2X13.

Пределы ползучести и длительной прочности, а также релак­ сационная стойкость сталей 1X13 и 2X13 приведены в табл. 16 и 17.

Было исследовано влияние длительных (до 10 000 ч) выдержек при высоких температурах (от 470 до 600° С) на механические свой­ ства сталей 1X 13 и 2Х13, определяемые при комнатной температуре после окончания выдержки. Исследование показало, что характе­ ристики прочности и пластичности в этих условиях не претерпе­ вают существенных изменений.

Сопротивление эрозии хромистых сталей невысокое. Причи­ ной эрозионного разрушения лопаток последних ступеней части низкого давления турбин являются удары капель воды, образую­ щихся в процессе частичной конденсации пара и увлекаемых его потоком. Известно, что эрозионное разрушение тем больше, чем выше кинетическая энергия действующих частиц. Заметное повре­ ждение вызывают крупные капли, вырывающиеся из скоплений воды на направляющих лопатках и корпусе.

Интенсивность эрозии возрастает с увеличением влажности пара, размеров капелек воды, скорости удара их об лопатки. Во многих исследованиях и наблюдениях отмечается следующая за­ кономерность: после определенного значения (порога) скорости

132

17. Релаксационная стойкость сталей 1X13 и 2X13

Сталь 1X13

Сталь 2X13

экстраполяцией.

удара капелек воды эрозия становится значительной и интенсив­ ность ее возрастает приблизительно пропорционально кубу ука­ занной скорости. Порог скорости изменяется в весьма широких пределах в зависимости от твердости подвергающегося воздействию эрозии металла — от 90 м/с для мягкой стали до 300 м/с для стел­ лита. На рис. 50 показаны лопатки из нержавеющей стали с раз­ рушенными эрозией входными кромками.

Характер эрозионного повреждения различен в зависимости от условий, в которых оно развивается, направления потока ча­ стиц, вызывающих эрозию, размеров частиц, их скорости и т. д. В некоторых случаях на поверхности металла образуются борозд­ ки, ориентированные в направлении потока. Когда поток частиц направлен перпендикулярно поражаемой поверхности, появляются изъязвления округлой формы. Первоначально происходит удаление мельчайших частиц металла с поверхности лопаток, а с течением времени развивается локальное разрушение этой поверхности.

На лопатках последних ступеней процесс эрозионного разру­ шения происходит, как показали наблюдения, следующим обра­ зом: через некоторое, иногда очень короткое (несколько часов), время после начала эксплуатации на входной части спинки в верх­ ней части лопатки поверхность металла покрывается тусклым налетом. Далее на участке, где имеется этот налет, появляется очень большое количество точечных углублений диаметром от со­ тых до десятых долей миллиметра. Эти углубления увеличиваются

т

вглубь и вширь, соединяются между собой, поверхность лопатки становится на пораженном участке губчатой. Входная кромка утончается. По мере износа входной кромки зона поражения пере­ двигается в глубь лопатки.

Рис. 50. Входные кромки лопаток турбин: I — участок кромки, разрушенный эрозией

Эрозионное разрушение развивается особенно сильно в на­ чальный период после пуска турбины. С течением времени и уве­ личением износа скорость развития эрозии заметно уменьшается. Проведенными наблюдениями над лопатками одной из мощных турбин было установлено, что эрозионный износ входных кромок лопаток последней ступени на глубину до 4 мм произошел после первой тысячи часов эксплуатации. Дальнейшее увеличение глу­ бины износа еще на 4 мм произошло только после 30 000 ч эксплуа­ тации турбиньі.

134

Эрозионное разрушение не представляет серьезной опасности, пока оно не подойдет слишком близко к проволочному бандажу или к основанию шипа для крепления ленточного бандажа. Эро­ зионное разрушение оснований шипов может привести к отрыву ленточного бандажа.

Борьбу с эрозией ведут различными способами: улучшением конструкции элементов проточной части турбин, способствующим менее интенсивному развитию эрозии; удалением влаги; примене­ нием металлов, устойчивых против эрозии. По данным исследова­ ний, выполненных английскими турбостроительными фирмами, применение двухъярусной конструкции предпоследней ступени части низкого давления (лопатки Баумана) способствует снижению интенсивности развития эрозии. Разработаны разнообразные кон­ струкции водоулавливающих камер, отбора пара, отводящих уст­ ройств, обеспечивающие в большей или меньшей мере удаление влаги из проточной части. Устанавливаются специальные сепа­ раторы влаги между цилиндрами турбин или группами сту­ пеней.

Экспериментально определено, что эрозионное разрушение вызывают не все капельки воды, увлекаемые потоком пара, а

восновном те из них, диаметр которых близок к 150 мкм. Между тем в процессе конденсации в среде водяного пара образующиеся капельки воды имеют во много раз меньшие размеры — настолько меньшие, что даже с учетом увеличения капелек при их движении

втурбине они должны подходить к последним ступеням лопаток с диаметром в несколько десятых долей микрона. Крупные капли, как правило, образуются из скоплений воды на различных уча­ стках проточной части. Особенно опасны, по-видимому, скопления влаги в виде пленки, появляющейся на поверхности направляющих лопаток.

Всвязи с этим в последнее время применяют конструкцию диафрагм с пустотелыми направляющими лопатками, снабженными щелями для отсоса влаги. Выходные кромки направляющих лопа­ ток заостряют, чтобы капли воды, отрывающиеся от кромки, имели возможно меньшие размеры. Аксиальные зазоры между выходной кромкой направляющей лопатки и входной кромкой рабочей ло­ патки увеличивают, что повышает вероятность разрушения круп­ ных капель влаги потоком пара и уменьшает разность скоростей движения пара и воды.

Используют различные способы защиты поражаемых эрозией поверхностей лопаток. К таким способам относятся припайка защитных пластин или наплавка на эти поверхности твердых спла­ вов, специальная термическая или термохимическая обработка лопаток. Эти способы защиты основаны на том, что интенсивность эрозионного разрушения металлов тем меньше, чем выше их твер­ дость и износоустойчивость.

Впрактике советского турбостроения применяют защиту входных кромок лопаток последних ступеней напайкой тонких

135

стеллитовых пластин (рис. 51), которые, принимая насебя удары капель воды, предохраняют кромку лопатки от их разрушитель­ ного действия. Пластины изготовляют методом точного литья, обычно из стеллита ВЗК — углеродосодержащего сплава на основе кобальта и хрома следующего химического состава (в %):

Стеллит ВЗК склонен к образованию трещин. Поэтому необ­ ходима осторожность при выполнении операций напайки пластин на лопатки. Пайку выполняют серебряным припоем ПСр-45. Твердость стеллитовых пластин, которая должна быть не ниже HRC 40, при правильном осуществлении процесса пайки не сни­ жается; не меняется также и структура металла лопаток.

Опыт показывает, что не всегда прочность серебряного припоя оказывается достаточной для надежного крепления стеллитовых пластин. Предел выносливости лопаток с припаянными стелли­ товыми пластинами заметно ниже, чем лопаток без пластин, а усталостное разрушение начинается обычно в стыке между пла­ стинами. Поэтому иногда для защиты от эрозии значительно на­ груженных лопаток последних ступеней мощных турбин наплав­ ляют стеллитом входные кромки.

Прутки и пластины для наплавки получают методом точного литья. Химический состав прутков (в %) следующий:

Перед наплавкой лопатки подогревают до —600° С. Стеллит наплавляют обычно в нейтральном или слегка восстановительном кислородно-ацетиленовом пламени во избежание изменения со­ держания углерода в наплавляемом металле. Особенно нежела­ тельно науглероживание, так как оно может повысить чувстви­ тельность стеллита к образованию трещин. При наплавлении ис­ пользуют флюс (25% борной кислоты, 25% буры и 50% плавико­ вого шпата).

После наплавки проводят отпуск лопаток при 700° С, жела­ тельно в печи с нейтральной атмосферой. Исследования показали, что при термической обработке с нагревом в интервале температур от 700 до 1100° С и охлаждением в различных средах (с печью, в воде, на воздухе) заметных структурных превращений и измене­ ний механических свойств в стеллите не наблюдается. Только длительные выдержки при температурах выше 700° С вызывают значительное упрочнение стеллита. Чтобы уменьшить деформацию лопаток, наплавку их стеллитом и последующую термообработку - выполняют в жестких приспособлениях.

Для исследования явления эрозии и разработки мероприятий по защите от нее лопаток созданы специальные машины, позволяю-

136

щие оценивать влияние различных факторов на развитие процесса эрозии. По специально получаемым электронным и оптическим микрофотографиям наблюдают, как происходит разрушение ме­ талла. В некоторых установках для анализа процесса эрозион­ ного разрушения используют высокоскоростные киносъемочные

рен, и с отдельными мелкими их включениями.

Для защиты от эрозии рабочих лопаток последних ступеней применяют электроискровое упрочнение входных кромок.

Эрозионные повреждения лопаточного аппарата могуѴ быть вызваны ударами не только капель воды, но и твердых частиц, которые иногда несет поток пара. Так, на некоторых электростан­ циях отмечены эрозионные разрушения первых рядов лопаток

137