Эрозия влажнопаровых турбин АЭС, ТЭС - Абразивный износ рабочих лопаток ступеней ЧВД и ЧСД турбин

В процессе эксплуатации некоторых крупных отечественных турбин мощностью 160, 200 и 300 МВт был отмечен сильный абразивный износ регулировочных ступеней ЧВД и первых ступеней ЧСД за подводом пара из промперегрева (рис. 1.24). Последствия данного износа весьма ощутимы. Испытания [58] показали, что к. п. д. ПТУ К-300-240 ХТГЗ снизился на номинальном режиме на 0,35%. Сильный износ лопаточного аппарата снижает надежность работы турбины, так как при износе направляющих лопаток уменьшается жесткость и прочность диафрагм, прогиб которых может превысить допустимый, и снижается конструкционная прочность рабочих лопаток. Продукты износа выносятся в проточную часть и вместе с продуктами коррозии, вносимыми в турбину, вызывают дополнительный износ проточной части турбины.
Характер и вид износа рабочих лопаток регулировочной ступени после 19 000 ч и первой ступени ЧСД турбины К-200-130-1 после 13 000 ч работы показан на рис. 1.24. Износ входных кромок носит явный вид ударно-абразивной эрозии с забоинами диаметром 1—1,5 мм на выпуклой стороне профиля. На некоторых лопатках регулировочных ступеней, длительное время находившихся в работе, входная кромка по всей высоте была изношена на 2—2,5 мм. У корня рабочих лопаток из-за повышения концентрации абразива за счет сепарационного эффекта при поворотах парового потока в сопловой коробке наблюдалась повышенная эрозия, достигавшая у отдельных лопаток глубины 10 мм [14].

Рис. 1.24. Абразивный износ рабочих лопаток регулировочной ступени: а — 9880 ч; 6 — 19 408 ч; в — первой ступени ЧСД — 19 408 ч
Выходные кромки утоняются до 0,2—0,3 мм против 0,8 мм по чертежу. В области вторичных течений наблюдался повышенный износ с полным износом (слизом) выходной кромки лопаток на ширине 3—4 мм, глубиной до 8 мм. По высоте лопатки на выходной кромке с вогнутой стороны износ неравномерен, его топография в каждой турбине различна. Общим для всех турбин является повышенный износ у торцовых поверхностей. На вогнутой поверхности лопаток иногда наблюдался износ в виде абразивных канавок шириной 1,5—2 мм, глубиной 1—1,5 мм с увеличивающейся глубиной к выходной кромке. Интенсивность абразивного износа в некоторых случаях была столь высока, что, например, на Заинской ГРЭС регулировочную ступень турбины К-200-130 перелопатили через 9400 ч, затем вновь через 6300 ч работы [14].
Рабочие лопатки последующих за регулировочной ступеней проточной части также носят следы забоин и абразивной эрозии. Например, на одной из турбин К-50-90-2, модернизированной в 1959 г. с заменой регулировочной двухвенечной ступени на одновенечную, мелкие кратеры диаметром до 1 мм, глубиной 0,7—0,5 мм отмечены до седьмой ступени. Степень износа входной кромки убывала по мере удаления ступени по проточной части от регулировочной ступени. Снижение интенсивности износа, по-видимому, можно объяснить размельчением абразивных частиц при прохождении проточной части.
Анализ причин возникновения абразивного износа проточной части регулировочных ступеней и первых ступеней после подвода пара из промперегрева выявил основной источник появления абразивных частиц в турбине. Во всех случаях интенсивного износа была отмечена работа турбин на паре от прямоточных котлов. При тщательном изучении характера и интенсивности образования частиц окалины в пароперегревателях прямоточных котлов типа ПК-33, ПК-40, ПК-38, ПК-39 и других котлов выявлен внутренний слой окалины толщиной от 0,1 до 0,25 мм. Микротвердость частиц окалины находилась в пределах НВ 70—75 при размере частиц в паре до 300 мкм. Внесенные вместе с паром в проточную часть крупные частицы твердого абразива вызывали эрозию лопаток первых ступеней по тракту поступления пара из прямоточного котла.
Интенсивному абразивному износу лопаток турбин, работающих в блоке с прямоточными котлами способствуют частые остановы. Частные пуски и остановы, вызванные главным образом повреждением поверхностей нагрева котлов, приводят к резким изменениям температур стенок труб. При этом из-за разницы линейных расширений окалины и материала труб происходит растрескивание и отслаивание окалины. Кроме того, частые остановы затрудняют консервацию котлов, что приводит к стояночной коррозии поверхностей нагрева. В результате этого при новом пуске в питательную воду попадает повышенное количество продуктов коррозии. Другие причины, на которые иногда указывается в литературе, как, например, заброс воды в турбину из парогенератора, поступление влажного пара при пуске, влияние ухудшения динамики потока пара при пуске блока, либо не существуют, как две первые, либо не оказывают влияния, как последняя, на абразивный износ первых ступеней. Влияние водного режима при отклонении от нормы солесодержания в питательной воде котла, особенно в пуско-наладочный период и в начальный период эксплуатации, может оказать существенное влияние на абразивный износ.
Повышенная скорость в каналах рабочего колеса регулировочной ступени при пуске во время работы турбины на одной группе сопел достигает почти удвоенной величины. При наличии абразива в паре такая работа рабочих лопаток может привести к повышенному износу вогнутой профильной поверхности рабочих лопаток.
Иногда указывают на повышенный гидроабразивный износ регулировочной ступени на промывочных режимах. Однако промывочные режимы от отложений раньше проводились на валоповороте. Только последнее время по рекомендации ОРГРЭС начали проводиться опытные промывочные режимы влажным паром на ходу турбины.