ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Коррозионная усталость рабочих лопаток из "Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки " Коррозионной усталостью называют совместно протекающие и ускоряющие друг друга процессы язвенной коррозии и обычной (механической) усталости, следствием которых является преждевременное усталостное разрушение лопатки. [c.445] Таким образом, главным внешним признаком коррозионной усталости является возникновение и развитие трещины, идущей от язвы. Однако отсутствие язв при усталостном разрушении еще не означает отсутствие влияния коррозионных эффектов. Это является одной из причин занижения числа повреждений рабочих лопаток от коррозионной усталости. В частности, даже в чистой воде снижаются усталостные характеристики материала, хотя при этом язвы не образуются. [c.445] Условно процесс разрушения при коррозионной усталости можно разделить на следующие стадии. [c.445] На первой стадии протекают процессы механической усталости и образования язв на поверхности. Образование язв — это, по-видимому, самый характерный признак коррозионной усталости. Заканчивается эта стадия образованием небольшой трещины в одной или нескольких язвах. [c.445] На второй стадии происходит развитие трещины до критического размера и быстрое хрупкое разрушение детали. [c.445] Хотя процессы язвенной коррозии и ме личе-ской усталости протекают одновременно и усиливают друг друга, тем не менее, имеет смысл рассматривать их сначала раздельно. [c.445] Следует подчеркнуть одну характерную деталь язвенной коррозии она развивается во времени. [c.446] Остановимся кратко на механизме язвенной коррозии рабочих лопаток. [c.446] При погружении лопаток в воду на первом этапе происходит общая коррозия, в результате которой на поверхности возникает слой оксидов, главным образом хрома. Оксид хрома образует на поверхности прочную пленку, не растворяющуюся в воде. Этим обусловливается пассивное состояние поверхности и прекращение процесса окисления. Однако поверхность лопатки в силу физической и электрической неоднородности представляет собой совокупность микроэлементов с различным электрическим потенциалом, иными словами — набор гальванических пар. Поэтому, при наличии сильного (не воды ) электролита и деполяризатора (кислород в щелочной среде или водород — в кислотной) в зонах с наи-больщим потенциалом начинает работать гальванический элемент и возникает язва — зона поверхности с разрущенной защитной пленкой, т.е. с поверхностью в активном состоянии, с которой происходит активный переход материала в раствор. Язвы прежде всего возникают в зонах концентрации напряжений, где наибольщая физическая неравномерность, способствующая образованию гальванических пар. Кроме того, концентраторы с малым радиусом скругления, особенно расположенные на горизонтальных поверхностях, часто накапливают агрессивные примеси вследствие трудностей их механического удаления или упаривания раствора (тому же способствует недостаточная чистота поверхности). [c.446] Статистика повреждений лопаток от коррозионной усталости противоречива. [c.446] Роль коррозионной усталости весьма четко видна из рис. 16.21 основной вклад в разрущение рабочих лопаток ЦНД внесла предпоследняя ступень, работающая в зоне фазового перехода, где концентрация примесей в образующихся агрессивных растворах максимальна (см. п. 16.4.3). В основном разрушения происходили от коррозионной усталости. Для лопаток последней ступени, где статические напряжения выше, образующиеся агрессивные растворы имеют меньшую концентрацию и разрушений меньше. В предпредпоследней ступени, где зона фазового перехода может возникать периодически, малы статические напряжения и разрушения также происходят реже. [c.446] Аналогичная статистика разрушения рабочих лопаток получена в Германии. Для иллюстрации на рис. 16.23 приводятся данные за трехлетний период. Основная доля аварий рабочих лопаток приходится на ЦНД на них падает 62 % аварий, причем 2/3 из них — на зону фазового перехода. [c.447] Существует точка зрения, что там, где имеется химический контроль, независимо от способа обработки питательной воды, проблем язвенной коррозии не существует, так как после определенной наработки рабочие лопатки покрываются плотно прилегающей тонкой пленкой оксидов, защищающих металл от агрессивной среды. При этом, однако, подчеркивается, что особое внимание уделяется конструкционному демпфированию с помощью бандажей и связей, снижающему вибрационные напряжения. В то же время, как уже отмечалось выше, другие фирмы часто объясняют малое число повреждений именно отсутствием бандажей, шипов, проволок, на которые приходится 46 % разрушений. [c.447] Рассмотрим основные факторы, определяющие возможность коррозионной усталости. [c.448] Снижение усталостных свойств происходит не только в водных растворах, но и в паровой среде. Даже в чистом паре при напряжениях, меньших предела усталости, долговечность меньше, чем на воздухе, хотя сам предел усталости остается неизменным. В паре с 3 % Na l также происходит снижение долговечности, однако в меньшей степени, чем в водных растворах. [c.448] С ростом амплитуды вибрационных напряжений долговечность, естественно, уменьшается. Основное отличие от обычной усталости состоит лишь в том, что повреждающими оказываются и очень малые амплитуды напряжений, что выражается в отсутствии предела усталости. [c.449] Влияние среднего напряжения оказывается относительно более существенным, чем при механической усталости кривая предельных амплитуд сдвигается в сторону меньших напряжений. Среднее напряжение играет очень большую роль и при получении характеристик материала в агрессивных средах кривые усталости следует получать экспериментально, а не использовать для этой цели упрощенные расчетные методы. [c.449] Прямое влияние язв на итоговое сопротивление усталости показано на рис. 16.27 даже на воздухе для образцов с язвами оно оказывается в 2,5— 2,7 раза меньше. [c.449] Для исследования факторов, влияющих на образование язв, выполнены специальные опыты. На пластину из лопаточной стали наносился слой искусственных отложений толщиной 0,3 мм. Их состав был близок к составу реальных отложений более 80% Рез04, в пределах 10% SiOj. На покрытие прикреплялась фильтровальная бумага, весь этот слоеный пирог зажимался, и конец пластины вместе с фильтровальной бумагой опускался в воду. Вода поднималась вверх по бумаге, смачивала слой искусственных отложений и тем самым имитировалось увлажнение слоя отложений в турбинах. Выдержка при испытаниях составляла 10 сут, а иногда — 30 сут. [c.449] Опыты показали, что размер образующихся язв прежде всего зависит от характера среды чем выше ее кислотность, тем больше диаметр образующихся язв. Роль образующихся язв весьма значительна. Во-первых, язвы — это очаги разрушения пассивирующей пленки, в которые облегчается доступ к свежему металлу агрессивных веществ, что ускоряет процессы коррозии. Во-вторых, язвенные колодцы — это концентраторы агрессивных веществ. При попадании в них влаги образующиеся водные растворы не могут смываться потоком пара, что определяет их значительное влияние. В-третьих, язвы — это интенсивные концентраторы напряжения, ускоряющие процессы усталостного разрушения материала. [c.449] Вернуться к основной статье