Материалы для рабочих лопаток паровых турбин

В турбинах, работающих на водяном паре, относительные скорости капель конденсата при ударе о передние кромки лопатки рабочих колес не настолько велики, чтобы непосредственно вызывать разрушение материала, поскольку известно, что эрозионный износ лопаток появляется не сразу. Здесь основную роль в эрозионном разрушении (во всяком случае на первом его этапе, когда еще не образовались глубокие язвины и не происходит выкрашивание зерен материала под воздействием ударов отдельных капель) играют, по-видимому, гидравлические удары, возникающие при несимметричном смыкании кавитационных пузырей, которые появляются при растекании капли по поверхности лопаток. При таком объяснении становится очевидным давно установленный факт [Л. 61], заключающийся в том, что одинаков характер эрозионных разрушений от удара капель конденсата по лопаткам паровых турбин и кавитационных разрушений деталей, омываемых скоростным потоком воды. [c.65]

Особенностью работы конструктивных элементов изделий (диски, рабочие и сопловые лопатки тазовых и паровых турбин, прокатные валки, корпуса паровых турбин, барабаны паровых котлов высокого давления, трубные коммуникации атомных реакторов и паровых установок) является нестационарность теплового и силового нагружения, определяющая циклический характер процесса упругопластического деформирования материала, протекающего, как правило, в неизотермических условиях. [c.5]

При подборе материалов для лопаток паровых турбин (при условии их удачной конструкции) не возникает проблем. Рабочая часть лопатки представляет собой в сечении криволинейный изогнутый продольно профиль, имеющий длину от 10 до 1800 мм. Как закрепленные, так и вращающиеся лопатки должны сопротивляться напряжениям, возникающим под действием пара, а вращающимся лопаткам сообщается также напряжение из-за действия центробежных сил. Нагрузка, действующая на вращающиеся лопатки со стороны пара при прохождении их через стационарные лопатки, оказывает влияние на величину возникающих циклических изгибающих напряжений, которые достигают максимума при совпадении их частоты с основной или гармонической частотой вибрации лопатки. Если это произойдет, резонансная вибрация вызывает напряжения, превышающие предел устойчивости материала, предусмотренный при изготовлении лопатки. Поэтому сопротивление усталости турбинных лопаток является такой важной характеристикой при расчетах. Если ограничения, накладываемые аэродинамикой на величину сечения, делают невозможным достижение достаточно высокой частоты для конструкции с простой лопаткой, то лопатки необходимо закреплять вместе группами. В американских конструкциях большие лопатки турбин промежуточного давления собирались в группы посредством выточек, которые стыковались с соответствующими выточками соседних лопаток и соединялись сваркой. В Великобритании большие лопатки обычно собирались в группы и сшивались проволокой. В местах, где проволока проходит через выточки, вы-штампованные и проточенные в лопатках, лопатки спаивают твердым припоем. Более маленькие лопатки соединяют на наружном ободе, изготовленном из полосового материала с отверстиями, в которых заклепывают верхние лопатки. [c.224]

В статье Гарднера (Л. 22] еще в 1932 г. сообщалось об успещном применении накладок из твердых. материалов (вольфрамовая сталь), припаянных на передние кромки рабочих лопаток колес со стороны спинки лопатки. Накладки укрепляются только на наиболее подверженных эрозии периферийных частях лопаток (см., например, рис. 40,6). Уже в то время применялись профилированные накладки с переменной по высоте лопатки толщиной. Гарднер сообщает об экспериментах, в процессе которых было найдено, что установка таких накладок практически не влияет на к. п. д. турбины. Он считал целесообразным применять защитные накладки на передних кромках лопаток одновременно с устройствами для удаления конденсата из проточной части турбины. Эта рекомендация не потеряла своей актуальности и до настоящего времени. В [Л. 5] указывается, что практически единственной эффективной мерой борьбы с эрозией лопаток последних ступеней паровых турбин является экспериментально проверенная система влагоудаления в комбинации с накладками из сверхтвердых сплавов или другими способами упрочнения передних кромок лопаток. Наилучшим материалом для упрочняющих накладок считается в настоящее время стеллит № 1, содержащий 62% кобальта, 25% хрома н 7% вольфрама. Этот материал поддается обработке и не утрачивает твердости в случае припаивания накладки к лопатке. Однако такой способ упрочнения лопаток может служить причиной образования трещин [Л. 5]. [c.79]

Многоцикловая усталость. Справедливость мнения, что турбины подвержены действию многоцикловой усталости, впервые была признана в начале 20-х гг. Многоцикловая усталость рабочих лопаток и деталей камеры сгорания неизменно сопряжена с резонансными колебаниями. Поэтому первая задача конструкторов — определение собственной частоты колебания различных деталей, в первую очередь рабочих лопаток и камеры сгорания. Вторая задача— определить возбудители колебаний, подавить их и затем рассчитать результирующие напряжения. Поскольку форма деталей камеры сгорания и рабочих лопаток сложна, расчет частоты колебаний не так-то прост. Чтобы рассчитать частоту и моду колебаний, а затем и величину локальных напряжений, приходящихся на единичный подавитель и единичный возбудитель колебаний в лопатках, применяют компьютерную программу, в основу которой положена теория сложного пучка или метод анализа конечных элементов. Помимо сведений, необходимых для расчета температуры, конструктору нужны сведения о плотности, модуле Юнга и коэффициенте Пуассона материала. В некоторых конструкциях колебания настолько серьезны, что требуется расчет специальных подавляющих устройств. В качестве таковых используют механические приспособления в виде различного вида упоров распирающих комельные части соседних лопаток, установленных на диске данной ступени. Эффективность подобных устройств оценивают посредством испытаний. В паровых турбинах возбуждение колебаний на каждом обороте ротора может быть очень значительным при впуске пара не по всей окружности турбины. В крупных па- [c.73]

Сочетание мощных нестационарных тепловых потоков и больших циклических механических нагрузок характерно для конструктивных элементов газовых турбин [10, 75, 100]. Это в первую очередь относится к деталям проточной части авиационного газотурбинного двигателя (ту рбинные диски, паровые трубы, рабочие и сопловые лопатки турбинной части, элементы форсажной камеры и др.), в котором рабочий тепловой режим по сравнению с агрегатами тепловой энергетики реализуется за сравнительно короткое время (1...2 ч). В связи с этим цикличность процесса термомеханической нагруженности таких элементов становится более существенной. В формировании предельного состояния материала относительная доля повреждений от термоциклических воздействий становится заметной в общем числе повреждений, вызванных другими видами усилий [28, 29, 60]. [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...