Schäden und Behandlung der letzten Schaufeln der Niederdruck-Dampfturbine

1. Charakteristiken der Arbeitsumgebung von Turbinenschaufeln

Die Arbeitsumgebung von Dampfturbinschaufeln ist sehr komplex und streng. Spezifisch betrachtet, können sie in drei Teile unterteilt werden: Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckabschnitte. Im Vergleich zu den Schaufeln im Hoch- und Mitteldruckabschnitt haben die Betriebsbedingungen der letzten Schaufeln im Niederdruckabschnitt der Niederdruckturbine folgende Merkmale: Der Dampfdruck in der letzten Stufe des Niederdruckabschnitts ist niedriger als der Atmosphärendruck, die Dampfvolumenstromrate nimmt erheblich zu und der Fluss ist komplex; Der Dampf in der letzten Stufe des Niederdruckabschnitts hat einen hohen Feuchtegehalt, und die Wassertröpfchen im Dampf haben einen erheblichen Einfluss auf die Schaufeln; Wenn die Turbine bei variablen Bedingungen läuft, ändert sich der Arbeitszustand der letzten Schaufel im Niederdruckabschnitt am stärksten, was ihre Festigkeit und Schwingung erheblich beeinflusst; Die letzte Schaufel im Niederdruckabschnitt ist länger als andere Schaufeln, und die Festigkeitsanforderungen sind strenger.

Diese Merkmale erfordern, dass das Design der Schaufeln der letzten Stufe des Niederdruckabschnitts während des Entwurfs- und Fertigungsvorgangs von Niederdruck-Dampfturbinen umfassender und sorgfältiger betrachtet werden muss. Im Allgemeinen erfordert das Design der Schaufeln der letzten Stufe des Niederdruckabschnitts fortschrittlichere Analyseprogramme, mehr Berechnungen und komplexere Strukturdesigns als das Design anderer Schaufeln. Die Fertigung ist schwieriger, zum Beispiel: Elektroerosion und Flammschweißen sowie Hochfrequenzhärtung zur Verstärkung der Schaufeln, thermisches Spritzen, Laserauftragschweißen, lokale Laser-Oberflächenhärtung, Umrandungseinlegearbeiten usw. Trotzdem treten Beschädigungen an den Schaufeln der letzten Stufe immer wieder auf.

2 Schadensformen und Ursachen der Schaufeln der letzten Stufe im Niederdruckabschnitt

Es gibt viele Formen und Ursachen von Schäden an den letzten Stufen der Schaufeln im Niederdruckbereich, die wichtigsten sind: Formen und Ursachen von mechanischen Schäden; Formen und Ursachen von nicht-mechanischen Schäden.

Mechanische Schäden und Ursachen: Zum Beispiel dringen fremde harte Partikel in die Turbine ein und beschädigen die Schaufeln, fixierte Teile innerhalb der Turbine brechen ab und beschädigen die Schaufeln, der Rotor und das Zylindergehäuse sind nicht richtig ausgerichtet oder das Gehäuse ist verformt, was dazu führt, dass die Schaufeln am Dampfsiegel reiben und Furchen auf dem Schaufelaußenring entstehen usw. Die meisten Schäden werden jedoch durch Ursachen verursacht, die nicht auf Entwurfsfaktoren der Endschaufeln zurückzuführen sind, und gehören zu den mechanischen Schäden. Dieser Typ von Schaden kann je nach Schweregrad und Auswirkungen auf den Betrieb durch verschiedene Maßnahmen behoben werden.

Nicht-mechanische Schäden und Ursachen: Schäden durch Korrosion der Schaufeln aufgrund schlechter Dampfqualität; Schäden durch Wassererosion verursacht durch den Aufprall von Flüssigwasser in feuchtem Dampf. Dieser Artikel behandelt hauptsächlich die beiden nicht-mechanischen Schadensursachen und Behandlungsmethoden der Niederdrucksektionsschaufeln: Analyse der Schadensursachen durch Korrosion der Schaufeln aufgrund schlechter Dampfqualität und Behandlungsmethoden.

Ursachenanalyse: Normalerweise werden die Niederdruckturbinschaufeln aus hitzebeständigem Edelstahl hergestellt. Dieses Material hat eine gute Korrosionsresistenz, da auf seiner Oberfläche ein dichter und stabiler Oxidschutzfilm gebildet wird. Wenn jedoch der Dampf C02, S02, insbesondere Chloridionen enthält, wird der Schutzfilm auf der Schafteloberfläche korrodiert und entwickelt sich schnell in Tiefe, was zur Korrosion der Schaftel führt und die Schaftelstärke stark verringert. Am Beispiel von 2Cr13-Edelstahl: Die Biegebügeermüdungsstärke bei Zimmertemperatur in Luft beträgt 390 N/mm2 (unbearbeitetes Prüfstück, Anzahl der Spannungsschwingungen n=5x107, das Gleiche gilt weiter unten), und die Biegebügeermüdungsstärke in sauberem Kondenswasser beträgt immer noch 275~315 N/mm2. In einer Lösung mit einem NaCl-Gehalt von >1% sinkt die Biegebügeermüdungsstärke jedoch dramatisch auf 115~135 N/mm2. Eine reduzierte Ermüdungsstärke bedeutet eine verkürzte Lebensdauer. Durch Instrumentenuntersuchungen der Endblätter wurde festgestellt, dass die Korrosion der Niederdruckendblätter meist in jedem Stadium im feuchten Dampfbereich auftritt, und lokale Korrosion tritt oft unter der Skalenschicht auf der Schafteloberfläche auf, die sich dann ausbreitet und Risse bildet. Fortgesetzte Betriebsbedingungen können zu Schaftelbrüchen aufgrund von Korrosionsermüdung führen. Untersuchungen und Analysen der gebrochenen Blätter mit Instrumenten ergaben, dass die Bruchablagerungsschicht Chloride enthielt.