Большая часть описаний продукции и компаний-производителей представлена на украинсокм языке
  • Заявник: Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
  • Адреса: вул. Фрунзе, 21, м. Харків, 61002, Україна
  • Телефони: +38(057) 700-15-64, 707-64-11, 707-66-00, 707-66-01
  • Факс: +38(057) 707-66-01
  • Сайт: http://www.kpi.kharkov.ua
Технологія відновлення ерозійно-зношених лопаток парових турбін.

Національним технічним інститутом "Харківський політехнічний інститут" в співробітництві з ВАТ "Турбоатом" розроблені унікальні технології, що дозволяють подовжити термін експлуатації найбільш відповідальних, складних для виготовлення та маючих високу вартість деталей сучасних парових турбін - робочих лопаток в 2-3 рази.
Розроблені технології спрямовані, перше за все, на підвищення надійності і термінів експлуатації паротурбінного обладнання, яке в процесі роботи піддається ерозійному зносу під дією вологого пару (додаток 1). Перш за все це стосується робочих лопаток останніх ступенів потужних парових турбін, ресурс експлуатації яких, не дивлячись на використання різних методів протиерозійного захисту, складає всього 25?40 відсотків від розрахункового. Оскільки одночасна заміна великої кількості еродованих лопаток на нові є економічно збитковою, а експлуатація турбін з використанням зношених лопаток є не тільки вкрай небезпечною, а й приводить до різкого зменшення виробництва електроенергії, велике народногосподарське значення становить проблема ремонту (відновлення) лопаток турбін з ерозійно-зношеними кромками.

Розроблена в НТУ "ХПІ" технологія відновлення включає наступні основні операції:
- наплавку (приварку) частин профілю лопатки замість зношених;
- термічну обробку (об'ємну або локальну) лопаток після наплавки (приварки);
- протиерозійне зміцнення поверхні відновлених кромок загартуванням з нагрівом СВЧ (додаток 2,3).
Дана технологія дозволяє відновлювати лопатки практично всіх існуючих типів парових турбін. При цьому величина зношеної зони по ширині і довжині профілю лопатки не обмежена.

Всебічні контрольні дослідження лопаток після відновлення дали наступні результати:
- рівень короткочасних механічних властивостей сталі 15Х11МФ, з якої виготовлені лопатки, після наплавки мало відрізняється від властивостей металу нових лопаток і відповідає нормативним вимогам ОСТ 108.020.03-82, КП70;
- обробка по технології відновлення забезпечує в матеріалі лопаток необхідний температурний запас в'язкості і високу циклічну міцність;
- по ерозійній стійкості лопатки після наплавки більш ніж в 6 разів перевищують стійкості сталі 15Х11МФ, а ресурс ерозійної стійкості відновлених лопаток в 1,5 - 2 рази більше ресурсу стійкості лопаток з електроіскровим зміцненням твердим сплавом Т15К6;
- конструкційна межа витривалості лопаток після відновлення приблизно в 4 рази перевищує рівень фактичної вібронапруги, яка була визначена шляхом тензозаміру натурних лопаток на Зміївській ДРЕС.

Одержані результати дозволили зробити висновок про те, що відновлені по розробленій технології лопатки по основним показникам конструкційної міцності і найважливішим експлуатаційним властивостям не поступаються новим лопаткам і відповідають вимогам ТУ.

Використання даної технології дозволяє:
- довести ресурс роботи лопаток до 100 відсотків шляхом їх повторного використання після відновлення;
- збільшити надійність роботи турбіни і її ККД, як результат цього - збільшити кількість виробленої електроенергії;
- забезпечити економію високолегованої нержавіючої сталі;
- зменшити виробничі витрати на виготовлення запасних комплектів лопаток для заміни ерозійно-зношених.

Результати досліджень і розробки нової технології були схвалені і прийняті для впровадження в ВАТ "Турбоатом" (додаток 4).
На базі одержаних результатів була розроблена і затверджена на рівні Міністерства енергетики і Міністерства енергетичного машинобудування колишнього СРСР відповідна технічна документація по технології відновлення ерозійно-зношених лопаток парових турбін, яка включає "Технологічний процес" та "Технологічні умови на відновлення лопаток" (додаток 5,6,7). Також було прийнято рішення і одержаний дозвіл на встановлення експериментально-промислової партії лопаток на одній із діючих турбін (додаток 8).
Відновлені по розробленій технології робочі лопатки 5-ї ступені низького тиску турбіни К-300-240 ХТГЗ на протязі 10 років знаходилися в експлуатації на 8-му блоці Зміївської ДРЕС (Харків), підтвердивши при цьому високу ступінь надійності (додаток 9,10) і забезпечивши значний економічний ефект (63 тисячі карбованців на рік в цінах 1980 р.).

Друга із створених в НТУ "ХПІ" для потреб енергетики розробок - технологія та пристрій для захисту робочих лопаток останніх ступенів парових турбін від ерозійного зносу шляхом поверхневого загартування з нагрівом струмом високої частоти (СВЧ).
Поверхневе зміцнення СВЧ може бути використане не тільки як остаточна операція обробки відновлених лопаток, а і для підвищення ерозійної стійкості нових лопаток. Більш того, на сьогодні це єдиний із застосовуваних в промисловості спосіб захисту від ерозійного зносу, придатний для лопаток перших контурів парових турбін атомних електростанцій.

Технологія дозволяє проводити поверхневе загартування з нагрівом СВЧ вхідних кромок робочих лопаток парових турбін різних типів і модифікацій (додаток 11,12,13). При цьому ширина зміцненої зони на вхідній кромці може досягати 25-30 мм, довжина впродовж пера лопатки - 600- 1000 мм. Проведене на оптимальних режимах загартування дозволяє підвищити твердість вхідних кромок лопаток до 50-55 HRC і, таким чином, суттєво підвищити їх ерозійну стійкість.

Проведені дослідження показали, що розроблена на кафедрі металознавства НТУ "ХПІ" технологія протиерозійного захисту робочих лопаток парових турбін має цілу низку суттєвих переваг перед існуючими аналогами, перш за все, перед електроіскровим зміцненням твердим сплавом Т15К6.
По-перше, результати досліджень свідчать , що ресурс ерозійної стійкості поверхневого шару на лопатках після загартування СВЧ в 1,5-2 рази більше, чим шару з електроіскровим зміцненням.
По-друге, створений шляхом загартування з нагрівом СВЧ на вхідних кромках лопаток поверхневий шар відрізняється специфічною дрібнозернистою структурою з залишковою стискуючою напругою, що, як показали експериментальні дослідження, підвищує циклічну витривалість матеріалу лопаток в порівнянні, наприклад, з електроіскровою обробкою, в 2-3 рази.
Втретє, поверхневе загартування СВЧ надає безальтернативну можливість здійснення ефективного протиерозійного захисту лопаток турбін, які працюють на першому контурі атомних енергетичних станцій, оскільки в зміцненій нагрівом СВЧ поверхні на відміну від зміцненої електроіскровим способом відсутні елементи, що утворюють радіоактивні ізотопи.
Вчетверте, використання розробленої технології повністю автоматизує процес поверхневого зміцнення, що підвищує продуктивність праці на технологічній операції захисту лопаток від ерозійного зносу в порівнянні з електроіскровою обробкою в 10-15 разів.
Для промислової реалізації технології зміцнення з урахуванням конструкції робочої лопатки, яка має складну гвинтоподібну форму і профіль, розроблено також конструкцію пристрою, який включає універсальний станок для проведення поверхневого загартування з нагрівом СВЧ непреривно-послідовним методом, та блок індуктора з набором індукторів зважаючи на різний тип і розміри лопаток.

Розроблена технологія та обладнання впроваджені в ВАТ "Турбоатом" з 1976 року для поверхневого зміцнення лопаток турбін К-300-240 ХТГЗ. Створений також "Стандарт підприємства СТП582-97", який регламентує правила проведення загартування СВЧ та вимоги до зміцненого шару. З того часу технологія була значно вдосконалена, завдяки чому стало можливим проводити поверхневе загартування з нагрівом СВЧ лопаток турбін різних типів: К-500-65/3000, К-750-65/3000, а також унікальних робочих лопаток турбін потужністю один мільйон кіловат. Проте з 1993 року із-за нестабільної роботи промисловості країни дана технологія практично не використовувалась.
Розпочинаючи з 2006 року науковцями НТУ "ХПІ" на прохання ВАТ "Турбоатом" (додаток 16) проведені роботи по відновленню технології загартування СВЧ лопаток в умовах заводу. Крім того, на прохання ВАТ "Турбоатом", на обладнанні університету проведено протиерозійне зміцнення промислової партії лопаток 5-тої ступені турбіни К-500-65/3000 в кількості 416 штук (чотири ряди циліндра низького тиску турбіни Смоленської АЕС (Росія)). Економічний ефект від зміцнення даної партії лопаток склав 1,7 млн. гривень.

Перехід ВАТ "Турбоатом" на використання технології протиерозійного захисту лопаток шляхом поверхневого загартування з нагрівом СВЧ замість електроіскрового зміцнення сплавом Т15К6 може дати економічний ефект близько 6 млн. гривень тільки для однієї парової турбіни К-500-65/3000. Для всіх турбін даного типу, які в даний час знаходяться в експлуатації і вимагають заміни робочих лопаток останніх ступеней циліндрів низького тиску економічна ефективність складатиме більше 110 млн. гривень. Ще більшим економічний ефект може бути від впровадження поверхневого зміцнення СВЧ для лопаток більш сучасних і потужних парових турбін, які уже знаходяться в експлуатації або будуть виготовлені ВАТ "Турбоатом" і іншими аналогічними підприємствами.
Rambler's Top100