Способ защиты лопаток паровых турбин от парокапельной эрозии



Способ защиты лопаток паровых турбин от парокапельной эрозии
Способ защиты лопаток паровых турбин от парокапельной эрозии

 


Владельцы патента RU 2545878:

Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий" (RU)
Фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности "Энергия без границ" (Фонд "Энергия без границ") (RU)

Изобретение относится к защите лопаток паровых турбин от парокапельной эрозии. Способ включает нанесение на лопатку защитного покрытия. Покрытие наносят методом лазерной наплавки. Лазерную головку перемещают со скоростью линейной интерполяции Vi не более 0,05 м/с. Мощность лазерного излучения составляет (800-1200) Вт. Техническим результатом является получение по всему профилю входной кромки лопатки упрочненного слоя на длину не менее 1/3 от длины рабочей части пера без ухудшения аэродинамических характеристик лопатки. 2 ил.

 

Изобретение относится к энергетике, конкретнее к способам защиты лопаток паровых турбин от парокапельной эрозии.

Назначение лопаток турбин - превращение потенциальной энергии сжатого пара в механическую работу. В зависимости от условий работы в турбине длина ее рабочих лопаток может колебаться от нескольких десятков до полутора тысяч миллиметров. На роторе лопатки расположены ступенчато, с постепенным увеличением длины, и изменением формы поверхности. На каждой ступени лопатки одинаковой длины расположены радиально оси ротора. Это обусловлено зависимостью от таких параметров, как расход, объем и давление.

При равномерном расходе давление на входе в турбину максимальное, расход минимален. При прохождении рабочим телом через лопатки турбины совершается механическая работа, давление уменьшается, но увеличивается объем. Следовательно, увеличивается площадь поверхностей рабочей лопатки и, соответственно, ее размер.

Рабочие лопатки - наиболее напряженные и ответственные части проточной части турбины и самый дорогой ее элемент. Ресурс таких лопаток - 40-50 тыс. часов. Разрушение лопаточного аппарата турбины приводит к неблагоприятным последствиям для всего турбоагрегата в целом и вынужденному останову турбины.

В настоящее время накоплен значительный опыт применения различных технологий защиты деталей проточной части турбин от эрозии, все они основаны на конструкторско-технологических решениях.

Например, закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Этот способ позволяет получить на кромке лопатки закаленный слой на длину не менее 1/3 от длины рабочей части пера. Характеризуется сложностью технологии, которая определяется высокими требованиями к конструкциям индукторов ТВЧ, а также специализированным сложным оборудованием. К недостаткам данной технологии можно отнести следующее: невозможность осуществления технологического процесса непосредственно на облопаченном роторе; большая вероятность образования трещин длиной до 0,5 мм в закалочных зонах металла лопаток; отсутствие технологического процесса высокого отпуска.

Напайка (припайка) стеллитовых пластин из кобальтового стеллита марки ВЗК. Является одним из основных способов для защиты входных кромок лопаток. Напайка осуществляется с помощью серебряного припоя ПСр-45. Этим способом обеспечивается защита наиболее повреждаемой части входной кромки лопаток (до 400 мм) на период 1015 лет. В ряде случаев на ТЭС применялся ремонт лопаток, при котором стеллитовые пластины напаивались в места отслоившихся. Однако этот прием ремонтной технологии не всегда себя оправдывал из-за перегрева лопатки, поскольку ухудшается аэродинамика профиля рабочих лопаток; ускоряется промыв металла за пластинами, в зоне резкого изменения профиля, имеющего вид почти ступеньки; закрепление стеллитовых пластин посредством серебряного припоя является ненадежным; происходит отрыв отдельных пластинок и повреждение ими трубок конденсатора; несовершенство технологии пайки стеллитовых пластинок к лопаткам приводит к образованию опасных подкалочных зон, способствующих образованию и развитию усталостных трещин, создающих аварийные ситуации; неподдающийся прогнозу процесс отрыва стеллитовых пластинок может ухудшать отстройку от резонанса отдельных лопаток, что, в свою очередь, может ускорить процесс повреждения и аварийного разрушения энергоблоков ТЭС.

Приварка (и/или наварка) пластин вместо поврежденной части лопатки. Способ рекомендован как без разлопачивания ротора при вскрытом цилиндре, так и с разлопачиванием на лопатках. Позволяет восстанавливать близкий к исходному профиль рабочих лопаток. Однако после приварки пластин необходима соответствующая термообработка. Ремонт рабочих лопаток осуществляется путем нанесения высоконикелевой аустенитной наплавки без послесварочной термической обработки с обязательной приваркой стеллитовых пластин из кобальтового стеллита марки ВЗК. Имеется информация об аварийных ситуациях, возникающих при разрушениях таких лопаток, т.к. наличие аустенитной наплавки неизбежно приводит к получению сварочного соединения с резкой химической, структурной и механической неоднородностью металла по зонам.

Ионная имплантация с формированием на поверхности покрытия. Покрытие наносится на лопатки в специальных камерах при использовании вакуумного оборудования. Обязательно разлопачивание ротора. Упрочнение достигается за счет формирования износостойкого коррозионностойкого однослойного покрытия из TiN или многослойного с возможным чередованием слоев (Ti+TiN), толщина которого не превышает 50 мкм. Способ предполагает использование дорогостоящего вакуумного оборудования. К недостаткам следует отнести: низкую производительность при формировании покрытия; высокую стоимость процесса формирования покрытия; разнотолщинность покрытия на лопатке, в зависимости от расположения катода по отношению к лопатке. В энергетике ионная имплантация с покрытиями на основе TiN отработана на рабочих лопатках последних ступеней из сталей 20Х13-Ш и 15Х11МФ-Ш, но широкого применения не получила.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению модели является способ защиты лопатки паровой турбины от парокапельной эрозии, содержащий нанесение на лопатку защитного покрытия, описанный в патенте РФ RU 2234556 С2, МПК С23С 14/06, опубликовано 20.08.2004.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная адгезионная связь напыляемого материала и материала подложки. При нанесении материала методом ΓΤΗ на поверхность лопатки, чрезвычайно трудно обеспечить равную толщину покрытия, вследствие нелинейной кривизны поверхности. Таким образом создаются предпосылки появления неравномерно распределенных остаточных напряжений в покрытии, что приводит к трещинообразованию и отслоению.

Задача, на которую направлено предлагаемое изобретение, заключается в том, чтобы увеличить эрозионную стойкость кромок лопаток паровых турбин в условиях ударно-капельного воздействия путем применения метода лазерной наплавки.

Желаемым техническим результатом является получение по всему профилю входной кромки лопатки, упрочненного слоя на длину не менее 1/3 от длины рабочей части пера, без ухудшения аэродинамических характеристик лопатки.

Желаемый технический результат достигается тем, что в способе защиты лопаток паровых турбин от парокапельной эрозии, содержащем нанесение методом лазерной наплавки на лопатку защитного покрытия на длину не менее 1/3 от длины рабочей части пера, лазерную головку перемещают со скоростью линейной интерполяции Vi не более 0.05 м/с, а мощность лазерного излучения составляет (800-1200 Вт).

Повышение мощности лазерного излучения при постоянных значениях остальных параметров приводит к увеличению ширины и высоты наплавленных валиков. При этом также наблюдается тенденция к возрастанию коэффициента перемешивания.

С увеличением скорости наплавки время облучения единицы поверхности, а следовательно, и удельная погонная энергия уменьшаются. Кроме того, уменьшается относительный расход порошка, ширина и высота наплавленных валиков. В этом случае имеется тенденция к возрастанию коэффициента перемешивания.

На рис. 1 изображена технологическая схема лазерной наплавки на лопатку паровой турбины, где

1 - лопатка паровой турбины;

2 - лазерная головка;

3 - направление рабочих ходов при наплавке;

а - дистанция наплавки;

δ - смещение наплавленных валиков;

Vi - скорость линейной интерполяции, м/с.

На рис. 2 изображена входная кромка паровой турбины с покрытием.

Пример

Данным методом поведена наплавка кромок лопаток паровых турбин на цилиндре низкого давления. Для проведения наплавки был использован диодный лазер, мощностью 2000 Вт. По данным эксплутанта турбины, ресурс лопаток, обработанных по данной технологии значительно возрос, по сравнению с традиционными методами защиты.

Способ защиты лопаток паровых турбин от парокапельной эрозии, включающий нанесение на лопатку защитного покрытия, отличающийся тем, что покрытие наносят на длину не менее 1/3 от длины рабочей части пера методом лазерной наплавки мощностью лазерного излучения (800-1200 Вт), а лазерную головку перемещают со скоростью линейной интерполяции не более 0,05 м/с.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу ремонта лопаток энергетических установок. Способ включает подготовку поверхности лопатки.

Изобретение относится к области окисления поверхностей металлических изделий для обработки перед нанесением адгезивных слоев. Способ подготовки металлических изделий при производстве резинометаллических изделий перед нанесением адгезивного слоя включает обработку поверхности металлических изделий путем окисления в среде воздуха при температуре 220-250°C в течение 20-30 мин.

Изобретение является способом и относится к технологии модификации поверхностных слоев изделий из металлических материалов. Изобретение может быть использовано для модификации поверхности металлообрабатывающего инструмента и деталей машин в инструментальной, сельскохозяйственной, автомобильной, металлургической промышленности и др.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для нанесения противоизносных и антифрикционных покрытий из пластичных металлов на поверхности деталей сочленений транспортно-технологической техники.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при нанесении антипригарного покрытия на поверхность кислородной фурмы при конвертерной плавке стали.

Изобретение относится к области технологии создания полимерных покрытий, технологии повышения эксплуатационных свойств полимерных покрытий. Способ нанесения покрытия на основе полифениленсульфида на металлическую подложку характеризуется нанесением на поверхность металлической подложки 3 об.% водного раствора N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана методом окунания, сушкой при температуре 120°С в течение 60 минут и электростатическим напылением порошкового покрытия на основе полифениленсульфида.

Изобретение относится к области упрочнения рабочих органов, работающих в условиях интенсивного изнашивания, в частности к способу индукционной наплавки шихты на стальную деталь.

Изобретение относится к области магнитной записи информации, конкретно к способу получения пленок для магнитной записи информации. Способ получения полимерных нанокомпозиций в виде тонких пленок для сверхплотной записи информации включает получение прекурсора, состоящего из поливинилового спирта, воды и смеси водорастворимых солей трех- и двухвалентного железа, с последующей обработкой по крайне мере одним водорастворимым диальдегидом при pH от 0 до 3 в присутствии кислоты в качестве подкисляющего агента, получение тонкой пленки на диэлектрической немагнитной подложке путем нанесения прекурсора на вращающуюся на центрифуге подложку с образованием пленки геля, обработку полученной пленки геля щелочью, при введении щелочи в количестве, обеспечивающем полное протекание реакции щелочного гидролиза смеси солей железа с образованием смеси магнетита и маггемита, при этом обработку щелочью полученной пленки геля осуществляют в парах аммиака, образующегося из водного раствора аммиака (NH4OH) или гидразин-гидрата (N2H4·H2O) в течение 5,0-15,0 часов.

Изобретение относится к режущему инструменту с покрытием на режущей кромочной части. Покрытие на режущем инструменте выполнено в виде режущего кромочного элемента, при этом оно нанесено на заднюю поверхность (6b) основного элемента (6) кромочной части (5), представляющей собой область вблизи режущей кромки лезвия (2), причем упомянутое покрытие имеет более высокую твердость, чем основной элемент (6).
Изобретение относится к способам упрочнения силовых конструкций, имеющих существующие или прогнозируемые разрушающиеся участки, с помощью полос из композиционного материала.
Изобретение относится к способу ремонта лопаток энергетических установок. Способ включает подготовку поверхности лопатки.

Изобретение относится к способу и устройству сварки металлических проволок. Сварку выполняют с помощью лазерного источника с образованием сварного соединения, по существу, не выходящего за радиальное поперечное сечение свариваемых проволок.
Изобретение относится к композиции, применяемой в технологии лазерной наплавки покрытий на металлическую подложку, и может быть использовано в инструментальном производстве при изготовлении и ремонте деталей технологической оснастки и инструмента.

Изобретение относится к технологии изготовления сложных отверстий с помощью лазерного луча, в частности сквозного отверстия пленочного охлаждения детали турбины.

Изобретение относится к способу получения композиционных покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в машиностроительном производстве при изготовлении и ремонте деталей технологической оснастки и инструмента.

Изобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано для выпуска оборудования, предназначенного для резки изделий, которые имеют высокую механическую прочность.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано в медицине, фармацевтике, косметологии. Наночастицы платиновых металлов получают в прозрачной жидкости на водной основе 7 при разрушении мишени 6 из платинового металла или сплава кавитацией, возникающей путем доставки лазерного излучения 2, представленного в виде импульсов сфокусированного излучения лазера на парах меди 1 с величиной энергии импульса 1-5 мДж и длительностью импульса 20 нс, с частотой следования импульсов 10-15 кГц и плотностью мощности 5,7 ГВт/см2, через прозрачное дно кюветы 5 к мишени 6, помещенной в кювету 5 с прозрачной жидкостью на водной основе 7.

Способ относится к области получения скрытых изображений без нарушения целостности поверхности на некоторой глубине в стеклянных материалах. Данный способ включает в себя этап подготовки изображения для заданного типоразмера продукта.

Изобретение относится к способу лазерно-дуговой орбитальной сварки и может быть применено при строительстве трубопроводов. Способ заключается в одновременном воздействии на внешнюю поверхность свариваемых трубных образцов лазерного луча и дуги в среде защитных газов.

Изобретение относится к способу и устройству контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки. Способ содержит следующие этапы: регистрация по меньшей мере двух текущих измеренных значений посредством по меньшей мере одного сенсора для контроля процесса лазерной обработки, определение текущих показателей из текущих измеренных значений.

Изобретение относится к низкоинерционному манипулятору для лазерной резки плоского листового материала. Манипулятор содержит опорное приспособление (15) для лазерной режущей головки (14), выполненной с возможностью продольного перемещения вдоль оси X и поперечного перемещения вдоль оси Y. Опорное приспособление снабжено двумя скользящими блоками (5, 6), которые приводятся в действие соответствующими независимыми исполнительными устройствами (7, 8) для их перемещения вдоль оси Y с возможностью изменения их взаимного расстояния, и стержнями (9, 10) для шарнирного соединения указанных скользящих блоков (5, 6) с лазерной режущей головкой (14). Изобретение позволяет повысить качество резания заготовок. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх