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

іштельные напряжения, обусловленные изменением температур по сечению стенок.

Сложность конструктивных форм, значительные размеры и масса цилиндров создают значительные трудности в производстве отливок для них. В местах перехода от фланцев к стенкам часто сосредоточиваются литейные пороки и могут иметь место значи­ тельные напряжения. Повышение параметров рабочего тела, уве­ личение единичной мощности турбин, развитие систем регене­ рации пара сопровождаются усложнением конструктивных форм и увеличением размеров цилиндров. Нашедшие широкое применение в крупных турбинах двустенные конструкции цилиндров позво­ ляют уменьшить толщину фланцев горизонтального разъема, снизить разность давлений, действующих на стенки. В неко­ торых случаях применение двухстенных цилиндров позволяет упростить конструктивные формы и технологию производства отливок.

В турбинах средней и большой мощности и во многих кон­ струкциях турбин малой мощности паровые и сопловые коробки отливают отдельно и приваривают к цилиндру или присоединяют к нему на болтах. Это облегчает условия работы цилиндра и су­ щественно упрощает его изготовление. Паровые, сопловые и кла­ панные коробки имеют формы различной степени сложности в за­ висимости от конструкции турбины и работают в условиях дли­ тельного воздействия пара значительного давления и высокой температуры.

Диафрагмы испытывают напряжения от разности давлений пара в камерах двух соседних ступеней и работают при высоких тем­ пературах, различных для диафрагм разных ступеней. Диафрагмы так же, как и цилиндры, выполняют разъемными по диаметру в горизонтальной плоскости и закрепляют в пазах, проточен­ ных в теле цилиндра. Отдельные группы диафрагм двух, трех или более рядом расположенных ступеней во многих турбинах уста­ навливают в литые обоймы, которые применяют обычно для

линдра. В проточенных в обойме пазах устанавливают диа­ фрагмы.

Сегменты сопел работают в условиях воздействия высоких температур и давлений пара, поступающего в турбину. Часто сегменты испытывают абразивное воздействие твердых частиц (окалина с внутренней поверхности паропроводов и др.), увлекае­ мых потоком пара. Эти частицы вызывают в сегментах механиче­ ские повреждения эрозионного характера.

Для основных деталей статоров турбин в зависимости от ха­ рактера и условий их работы используют различные виды метал­ лических заготовок — стальное и чугунное литье, поковки, про­ кат, сварные, сварнолитые, сварнокованые, сварнолистовые кон­ струкции и пр.

203

СТАЛЬНЫЕ И ЧУГУННЫЕ ОТЛИВКИ ДЕТАЛЕЙ СТАТОРОВ

Цилиндры, выхлопные части, обоймы, сопловые коробки, часть диафрагм и многие другие детали турбин изготовляют из стальных и чугунных фасонных отливок. Производство отливок деталей статора представляет существенные трудности, так как конструктивные формы многих отливок (особенно цилиндров) весьма сложны, а их габаритные размеры и масса значительны, многие детали при больших габаритных размерах тонкостенные и имеют резкие переходы от малых к большим сечениям. Отливки ответственного назначения в зависимости от температурных усло­ вий изготовляют из углеродистых или низколегированных ста­ лей — хромомолибде'новой, хромомолибденованадиевой и др., из нержавеющих сталей с 12% хрома. Для изготовления многих деталей статоров газовых турбин применяют жаропрочные аусте­ нитные стали.

Стали для литья деталей турбин выплавляют обычно в основ­ ных электрических печах. Большое влияние на качество отливок оказывают состав и чистота шихты. В. П. Десницкий, анализируя большой опыт производства стальных отливок для деталей турбин, накопленный на заводах, отметил, что в качестве шихты для такого литья используют чистый, металлический лом, отходы проката и кузнечных заготовок, очищенный от песка брак фасонного литья, брак слитков и в ограниченном количестве чистую крупную стружку. Не следует применять ржавую легковесную шихту, так как при наличии в подготовленной порции ее 1% ржавчины в ванну на 1 т стали попадает 2,5 м3 водорода.

Производство для статоров турбин отливок жаропрочных ста­ лей, особенно сложнолегированных марок, легче осуществлять с применением свежих исходных материалов. Большое внимание следует уделять качеству огнеупорных материалов, от которого во многом зависит чистота металла. Важное значение имеют тща­ тельная разработка и осуществление технологии выплавки стали, методы ее раскисления. Все стадии технологического процесса производства отливок корпуса турбин необходимо строго контро­ лировать. Формовочные материалы, крепители, смеси, предупре­ ждающие пригорание, выбирают с учетом обеспечения высокого качества отливок.

В производстве форм и стержней для литых деталей турбин эффективно применяют разработанную в ЦНИИТМАШе техноло­ гию, при которой применяют жидкие самотвердеющие смеси. Такая технология позволила заменить процесс механического уплотнения смесей заливкой их в стержневые ящики и модели. Применение жидких самотвердеющих смесей принципиально усо­ вершенствовало литейное производство, повысило точность форм и размеров отливок. Значительные трудности в производстве от­ ливок деталей для турбин представляет обеспечение необходимых условий питания затвердевающих стенок, получение однородного

204

строения и свойств металла по сечению отливки, предотвращение опасности образования горячих и холодных трещин, коробления, пригара. При разработке конструкции ответственных отливок для турбин большой мощности необходимо создать условия для направленного, оптимального хода процесса затвердевания стали в литейной форме. Внутренние полости в отливке должны быть выполнены таким образом, чтобы каждая из них была доступна для очистки поверхности, удаления возможных дефектов, контроля качества.

Большое значение для обеспечения высокого качества литья имеет уровень технической оснащенности литейных цехов, меха­ низация и автоматизация технологических процессов. Термиче­ ская обработка должна создавать равномерную структуру ме­ талла отливки, необходимый уровень и однородность механи­ ческих свойств в различных ее сечениях. Для этого при разработке режимов термической обработки следует учитывать химический состав, конфигурацию, габаритные размеры, массу, толщину сте­ нок отливки и пр. Необходимо также, чтобы термические печи, контрольная и регулирующая аппаратура, обученность персо­ нала позволяли точно осуществлять заданную технологию термо­ обработки.

Для отливок деталей турбин, работающих при температурах до 425° С, техническими условиями рекомендуется углеродистая сталь 25.

После нормализации при 880—930° С (температуру уточняют

вэтих пределах в зависимости от химического состава отливки,

впервую очередь от содержания углерода) металл отливки по механическим свойствам должен удовлетворять следующим тре­

ного сужения и твердости являются факультативными.

Для отливок статоров паровых турбин широко применяют хро­ момолибденованадиевые стали 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ. Химиче­ ский состав (в %) этих сталей следующий:

Из этих сталей изготовляют отливки цилиндров, обойм, паро­ вых и сопловых коробок и др. Сталь 20ХМФЛ применяют для деталей, работающих при температуре пара до 540° С. Отливки из стали 15Х1М1ФЛ, содержащей больше, чем сталь 20ХМФЛ,

205

хрома, молибдена и ванадия, рекомендуются для деталей, работа­ ющих при температурах до 565° С. Физические свойства указан­ ных сталей приведены в табл. 46.

46. Физические свойства сталей для отливок деталей турбин

Для отливок деталей паровых турбин из сталей 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ техническими условиями рекомендуются следующие операции и интервалы температур термической обработки:

сталей, определяемые на пробных планках, должны удовлетво­ рять требованиям, приведенным в табл. 47.

Отметим, что хромомолибденованадиевые стали обладают по­ вышенной чувствительностью к скорости охлаждения от темпе­ ратуры нормализации. Это относится в большей мере к стали

206

47. Механические свойства отливок для различных деталей турбин

15Х1М1ФЛ. В крупных отливках из данной стали в ряде случаев обнаруживают обусловленную чувствительностью к скорости охлаждения неоднородность прочностных свойств и ударной вязкости в различных зонах и сечениях. Как показали исследова­ ния, показатели прочности и, особенно, предел текучести зако­ номерно уменьшаются при переходе от тонких к массивным сечениям; минимальные значения этих показателей наблюдаются обычно в центральных зонах фланцев цилиндров. В структуре металла в массивных сечениях отливки, где прочность понижена, преобладают феррит и ферритокарбидная смесь грубого строения, что связано с пониженной скоростью охлаждения отливок в этих сечениях после нормализации. Для устранения неоднородности свойств рекомендуется применять принудительное охлаждение при нормализации крупных отливок.

Характеристики жаропрочности хромомолибденованадиевых сталей 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ приведены в табл. 48. Стабильность свойств хромомолибденованадиевых сталей в условиях воздей­ ствия рабочих температур удовлетворительная.

Л. П. Трусов, М. И. Солоноуц и др. исследовали свойства ме­ талла паровой задвижки из стали 15Х1М1ФЛ после эксплуатации в течение 46 000 ч при 140 ат и 570° С.

Результаты кратковременных испытаний образцов, взятых из различных участков отливки, при 20 и 570° С приведены в табл. 49.

Предел длительной прочности при 570° С для 50 000 ч (при оценке жаропрочности учитывали срок, в течение которого за­ движка находилась в эксплуатации, а экстраполяцию проводили

207