Le turbine a vapore sono apparecchiature di generazione di energia fondamentali, e le loro prestazioni stabili ed efficienti sono direttamente correlate all'efficienza operativa e ai benefici economici delle centrali elettriche. Come componente chiave per la conversione dell'energia, la selezione, la progettazione e l'ottimizzazione dei materiali delle pale delle turbine a vapore sono ancora più importanti. Le pale devono non solo resistere a temperature e pressioni elevate, alla rotazione ad alta velocità e a campi di flusso complessi, ma anche avere una buona resistenza alla corrosione, alla fatica e una resistenza sufficiente per garantire un funzionamento stabile in ambienti difficili. Questo articolo inizierà con i problemi comuni e le soluzioni per la selezione dei materiali delle pale e introdurrà brevemente la selezione e l'ottimizzazione delle pale delle turbine a vapore.
1. Che cosa sono le turbine a vapore?
La turbina a vapore è un pezzo chiave dell'attrezzatura nelle centrali termoelettriche. Essa fa ruotare il generatore per generare elettricità espandendo il vapore ad alta temperatura e alta pressione. È un ponte importante per convertire efficacemente l'energia termica del vapore in energia meccanica, che determina direttamente l'efficienza di conversione dell'energia e la stabilità operativa delle centrali elettriche.
La turbina a vapore è composta da parti rotanti complesse e parti fisse. Le parti rotanti includono principalmente l'albero principale, l'impeller e le pale, che insieme convertono il moto lineare del vapore in moto rotatorio. Le parti fisse includono cilindri, ugelli, tenute a vapore, partizioni, ecc., che forniscono i canali e le condizioni necessarie per il flusso di vapore e la conversione dell'energia.
2. Importanza delle pale delle turbine a vapore
Componenti di conversione principali: Le pale delle turbine a vapore sono i componenti principali nel processo di conversione dell'energia. La loro forma, materiale e prestazioni determinano direttamente l'efficienza e la qualità della conversione dell'energia del vapore in energia meccanica.
Ambiente operativo complesso: L'ambiente operativo delle pale è duro. Devono resistere all'impatto del vapore ad alta temperatura e alta pressione, nonché all'erosione delle impurità, dell'umidità e delle sostanze corrosive nel vapore. Inoltre, le pale devono resistere alla forza centrifuga e alle vibrazioni generate dalla rotazione ad alta velocità. Questi fattori pongono elevate esigenze sul materiale, sulla struttura e sul processo di fabbricazione delle pale.
3. Qual è il problema comune delle turbine a vapore?
I problemi comuni delle pale delle turbine a vapore includono danni e fratture, corrosione e ruggine, e erosione da acqua. Questi problemi non solo influenzano il normale funzionamento della turbina a vapore, ma possono anche influenzare seriamente la sicurezza dell'attrezzatura e del processo produttivo. Pertanto, devono essere adottate una serie di misure durante la progettazione, la fabbricazione, l'installazione, il funzionamento e la manutenzione della turbina a vapore per prevenire e affrontare questi problemi, garantendo il funzionamento sicuro e stabile della turbina a vapore.
4. Analisi delle cause della corrosione o erosione delle pale.
4.1 Corrosione acida
Nell'area di condensazione iniziale del cilindro a bassa pressione, le sostanze acide nel vapore (come l'anidride carbonica, il biossido di zolfo, ecc.) si arricchiscono nel condensato, provocando una diminuzione del pH e la corrosione delle parti metalliche. Questa corrosione non solo ridurrà la resistenza e la vita delle pale, ma influenzerà anche le prestazioni complessive e la sicurezza dell'unità.
4.2 Corrosione da ossigeno
L'ossigeno disciolto è uno dei principali fattori che causano la corrosione da ossigeno. Se il film protettivo sulla superficie della pala (come il film di ossido di ferro) è danneggiato, l'ossigeno disciolto reagirà elettrochimicamente con la matrice metallica, causando la precipitazione di ioni di ferro e la corrosione del materiale. Inoltre, fattori come il pH, la temperatura, il carico e la velocità del flusso influenzeranno anche la velocità e l'entità della corrosione da ossigeno.
4.3 Erosione da acqua
In condizioni di carico ridotto, le gocce d'acqua liquide nel flusso di vapore colpiranno la superficie della pala, causando erosione da acqua. L'erosione da acqua non solo distruggerà la struttura superficiale della pala, ma ridurrà anche la sua resistenza all'usura, accelerando così il processo di danneggiamento della pala.
5. Vantaggi delle leghe di cobalto
5.1 Resistenza alle alte temperature e all'ossidazione
Le leghe di cobalto hanno un'eccellente resistenza alle alte temperature e all'ossidazione. Questa proprietà consente alle pale in lega di cobalto di resistere agli effetti del vapore ad alta temperatura e alta pressione nelle turbine a vapore senza deformarsi o danneggiarsi. Questo vantaggio è fondamentale per migliorare l'efficienza operativa e la stabilità operativa delle turbine a vapore.
5.2 Resistenza alla corrosione e alla fatica
Le leghe di cobalto hanno una buona resistenza alla corrosione e alla fatica. Nell'ambiente di lavoro difficile delle pale delle turbine a vapore, le leghe di cobalto possono resistere efficacemente all'erosione delle sostanze corrosive nel vapore e prolungare la vita utile delle pale. Allo stesso tempo, la loro alta resistenza alla fatica può anche garantire che le pale mantengano prestazioni stabili durante il funzionamento a lungo termine ad alto carico.
5.3 Eccellente prestazione di saldatura
Le leghe di cobalto hanno una buona prestazione di saldatura, quindi è facile utilizzare la tecnologia di saldatura nella fabbricazione e manutenzione delle pale. La resistenza e la tenuta del giunto saldato possono essere garantite, migliorando così le prestazioni complessive e la vita utile della pala.
5.4 Resistenza all'usura
Le leghe di cobalto hanno anche un'eccellente resistenza all'usura. Durante il funzionamento delle pale delle turbine a vapore, devono resistere all'abrasione e all'usura causate dalle impurità e dalle particelle nel flusso di vapore. L'alta resistenza all'usura della lega di cobalto può ridurre l'usura delle pale e prolungarne la vita utile.
6. Applicazione specifica della lega di cobalto nelle lame delle turbine
6.1 Materiale della lama
La lega di cobalto può essere utilizzata direttamente come materiale di fabbricazione delle lame e delle maniche delle turbine, particolarmente adatta per la fabbricazione di lame in ambienti ad alta temperatura, alta pressione e alta corrosione. Le lame in lega di cobalto con forme complesse e alta precisione possono essere fabbricate mediante fusione di precisione, forgiatura, lavorazione CNC e altri processi.
Fogli o strisce di lega di cobalto solido sono brasati a induzione su lame di turbine SUS410Cb per migliorare la resistenza all'usura e all'erosione delle lame. Le strisce di erosione sono solitamente realizzate in Co 6 e Co 6B.
6.2 Materiale di rivestimento
Oltre ad essere utilizzata come lama solida, la lega di cobalto può essere utilizzata anche come materiale di rivestimento sulla superficie delle lame delle turbine. Rivestire uno strato di lega di cobalto sulla superficie della lama migliorerà la resistenza all'usura e alla corrosione e prolungherà la sua vita utile. Questa tecnologia di rivestimento è stata applicata con successo in molte centrali elettriche.
- Composizioni chimiche STP 6
C: 0,9-1,4%, Mn: ≤1,0%, Si: ≤1,5%, Cr: 27,0-31,0%, Ni: ≤3,0%, Mo: ≤1,5%, W: 3,5-5,5%, Co: Bal.
Densità: ≥8,35g/cm3
Durezza: 38-44HRC
- Composizioni chimiche STP 6B
C: 0,9-1,4%, Mn: ≤2,0%, Si: ≤2,0%, Cr: 28,0-32,0%, Ni: ≤3,0%, Mo: ≤1,5%, W: 3,5-5,5%, Co: Bal.
Densità: ≥8,38g/cm3
Durezza: 36-40HRC
7. Principi per la selezione delle lame delle turbine
7.1 Selezione del materiale
Secondo le caratteristiche dell'ambiente di lavoro della lama, selezionare materiali con eccellente resistenza alla corrosione e all'usura. Ad esempio, la brasatura a induzione di strisce di lega di cobalto su lame SUS410Cb può migliorare significativamente la resistenza all'usura e all'erosione delle lame. Allo stesso tempo, devono essere considerati fattori come la resistenza del materiale, la tenacità, la stabilità termica e le prestazioni di lavorazione.
7.2 Progettazione strutturale
Ottimizzare la forma e le dimensioni della lama per ridurre la concentrazione di stress e le vibrazioni. Le prestazioni aerodinamiche e la resistenza alla fatica delle lame possono essere migliorate attraverso un design adeguato e una distribuzione dello spessore. Inoltre, devono essere considerati fattori come il metodo di connessione e il metodo di fissaggio tra le lame e il disco della ruota.
7.3 Processo di fabbricazione
Utilizzare processi di fabbricazione avanzati e mezzi tecnici per garantire la precisione e la qualità di fabbricazione delle lame. Ad esempio, la fusione di precisione, la forgiatura o la lavorazione CNC possono essere utilizzate per produrre lame con forme complesse e alta precisione. Allo stesso tempo, i collegamenti di ispezione e controllo della qualità devono essere rafforzati per garantire che ogni lama soddisfi i requisiti di progettazione e gli standard di utilizzo.
8. Strategia di manutenzione e ottimizzazione delle lame
8.1 Ispezione e manutenzione regolare
Stabilire un sistema di ispezione e manutenzione regolare per condurre un'ispezione e una valutazione complete delle lame. Scoprire e affrontare tempestivamente problemi come l'accumulo di sale, lo sporco e i danni sulla superficie della lama per prevenire l'espansione del problema. Allo stesso tempo, l'usura e la corrosione delle lame devono essere registrate e analizzate per fornire un riferimento per i successivi lavori di manutenzione e sostituzione.
8.2 Gestione operativa
Ottimizzare le condizioni operative dell'unità e le impostazioni dei parametri per ridurre il tempo e la frequenza di funzionamento a basso carico. Ridurre il rischio di corrosione e usura delle lame attraverso una corretta distribuzione e regolazione del carico. Allo stesso tempo, è necessario rafforzare il monitoraggio e la diagnosi delle apparecchiature per rilevare e affrontare tempestivamente condizioni anomale.
8.3 Innovazione tecnologica
Introdurre e applicare attivamente nuovi materiali, nuove tecnologie e nuovi metodi di processo per migliorare continuamente la resistenza all'usura, la resistenza alla corrosione e la qualità di fabbricazione delle lame. Ad esempio, sviluppare nuovi materiali con maggiore resistenza alla corrosione e all'usura; utilizzare tecnologie avanzate di trattamento superficiale (come spruzzatura, elettrodeposizione, ecc.) per migliorare le prestazioni protettive delle lame; utilizzare tecnologie digitali e mezzi intelligenti per realizzare il monitoraggio in tempo reale e l'allarme precoce delle condizioni delle lame, ecc.
9. Conclusione
In quanto componente chiave di una centrale elettrica, la selezione del materiale delle lame delle turbine è cruciale per garantire l'efficienza della generazione di energia e la sicurezza dell'impianto. Tra i materiali per le lame delle turbine a vapore, le leghe di cobalto hanno eccellente resistenza alle alte temperature, resistenza all'ossidazione, resistenza alla corrosione, resistenza alla fatica, buona plasticità e tenacità, eccellente prestazione di saldatura e alta resistenza all'usura. Utilizzando materiali di alta qualità come le leghe di cobalto, processi di fabbricazione avanzati e strategie di gestione operativa, le prestazioni e la durata delle lame sono migliorate, ponendo una solida base per il funzionamento stabile a lungo termine e la generazione di energia efficiente delle centrali elettriche. Pertanto, quando si selezionano i materiali per le lame delle turbine a vapore, è meglio considerare i vantaggi delle leghe di cobalto per massimizzare l'efficienza della generazione di energia e la sicurezza dell'impianto.
