Tổn hại và cách xử lý đối với lá cuối của tua-bin áp suất thấp

1. Đặc điểm của môi trường làm việc của cánh tua-bin

Môi trường làm việc của các cánh tuabin hơi nước rất phức tạp và khắc nghiệt. Cụ thể, chúng có thể được chia thành ba phần: cao áp, trung áp và thấp áp. So với các cánh trong phần cao áp và trung áp, điều kiện làm việc của các cánh cuối trong phần thấp áp của tuabin hơi nước có những đặc điểm sau: áp suất hơi nước ở giai đoạn cuối của phần thấp áp thấp hơn áp suất khí quyển, lưu lượng thể tích hơi nước tăng đáng kể và dòng chảy là phức tạp; hơi nước ở giai đoạn cuối của phần thấp áp có hàm lượng độ ẩm cao, và các giọt nước trong hơi nước có tác động đáng kể đến các cánh; khi tuabin hơi nước hoạt động trong điều kiện biến đổi, trạng thái làm việc của cánh cuối trong phần thấp áp thay đổi nhiều nhất, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền và rung động của nó; cánh cuối trong phần thấp áp dài hơn các cánh khác, và điều kiện độ bền nghiêm ngặt hơn.

Những đặc điểm này yêu cầu rằng việc thiết kế của các cánh quạt giai đoạn cuối phần áp suất thấp phải được xem xét một cách toàn diện và cẩn thận hơn trong quá trình thiết kế và sản xuất của turbin hơi nước áp suất thấp. Nói chung, việc thiết kế các cánh quạt giai đoạn cuối phần áp suất thấp cần các chương trình phân tích tiên tiến hơn, nhiều phép tính hơn và các thiết kế cấu trúc phức tạp hơn so với việc thiết kế các cánh quạt khác. Việc sản xuất khó khăn hơn, chẳng hạn như: mài điện, làm cứng bằng ngọn lửa và làm cứng bằng tần số cao cho cánh quạt, phun nhiệt, phủ laser, làm cứng bề mặt bằng laser cục bộ, đính viền, v.v. Dù vậy, hư hỏng của các cánh quạt giai đoạn cuối vẫn xảy ra thường xuyên.

2 Các hình thức hư hại và nguyên nhân của các cánh quạt giai đoạn cuối ở phần áp suất thấp

Có nhiều hình thức và nguyên nhân gây hư hại cho các cánh quạt giai đoạn cuối trong phần áp suất thấp, chủ yếu là: hình thức và nguyên nhân hư hại cơ học; hình thức và nguyên nhân hư hại không phải cơ học.

Hư hại cơ học và nguyên nhân: Ví dụ, các hạt cứng lạ xâm nhập vào tua-bin và làm hỏng cánh quạt, các bộ phận cố định bên trong tua-bin rơi ra và làm hỏng cánh quạt, rô-to và xi-lanh không được căn chỉnh tốt hoặc xi-lanh bị biến dạng, khiến cánh quạt ma sát với niêm phong hơi, và rãnh mòn trên vòng bọc của cánh quạt, v.v. Tuy nhiên, phần lớn các hư hại là do các nguyên nhân khác ngoài các yếu tố thiết kế của các cánh quạt cuối cùng, đó là hư hại cơ học. Loại hư hại này có thể được xử lý bằng các biện pháp khác nhau tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng và tác động đến hoạt động.

Tổn hại không cơ học và nguyên nhân: tổn hại gây ra bởi sự ăn mòn của các cánh do chất lượng hơi nước kém; tổn hại gây ra bởi sự xói mòn do tác động của nước lỏng trong hơi ẩm. Bài viết này chủ yếu thảo luận về hai nguyên nhân và phương pháp xử lý tổn hại không cơ học đối với các cánh phần áp suất thấp: phân tích nguyên nhân gây tổn hại do sự ăn mòn của các cánh do chất lượng hơi nước kém và phương pháp xử lý.

Phân tích nguyên nhân: Thông thường, các cánh tua-bin áp suất thấp được làm từ thép không gỉ chịu nhiệt. Vật liệu này có khả năng chống ăn mòn tốt vì một lớp phim bảo vệ oxit dày và ổn định được hình thành trên bề mặt của nó. Tuy nhiên, nếu hơi nước chứa C02, S02, đặc biệt là ion clo, lớp phim bảo vệ trên bề mặt cánh sẽ bị ăn mòn và phát triển nhanh chóng theo chiều sâu, gây ra ăn mòn cho cánh, làm giảm đáng kể độ bền của cánh. Lấy ví dụ về thép không gỉ 2Cr13, cường độ mệt mỏi uốn ở nhiệt độ phòng trong không khí là 390 N/mm2 (mẫu thử không có rãnh, số chu kỳ ứng suất n=5x107, dưới đây cũng tương tự), và cường độ mệt mỏi uốn trong nước ngưng sạch vẫn còn 275~315N/mm2. Tuy nhiên, trong dung dịch oxit có hàm lượng NaCl >1%, cường độ mệt mỏi uốn giảm mạnh xuống còn 115~135 N/mm2. Việc giảm cường độ mệt mỏi đồng nghĩa với việc thời gian sử dụng bị rút ngắn. Qua kiểm tra bằng thiết bị đối với các cánh cuối cùng, người ta phát hiện rằng ăn mòn của các cánh cuối áp suất thấp chủ yếu xảy ra ở mỗi giai đoạn trong vùng hơi nước ẩm, và ăn mòn cục bộ thường xuất hiện trên bề mặt cánh dưới lớp cặn, sau đó mở rộng để hình thành vết nứt. Tiếp tục vận hành sẽ dẫn đến gãy cánh do mệt mỏi ăn mòn. Kiểm tra và phân tích các cánh bị gãy bằng thiết bị cho thấy lớp cặn trên bề mặt gãy chứa clo.