Stoomturbines zijn kernenergieopwekkingsapparatuur, en hun stabiele en efficiënte prestaties zijn direct gerelateerd aan de operationele efficiëntie en economische voordelen van energiecentrales. Als een belangrijk onderdeel voor energieomzetting is de selectie, het ontwerp en de optimalisatie van stoomturbinebladmaterialen des te belangrijker. De bladen moeten niet alleen hoge temperaturen en drukken, hoge snelheidsrotatie en complexe stromingsvelden weerstaan, maar ook een goede corrosieweerstand, vermoeiingsweerstand en voldoende sterkte hebben om stabiele werking in zware omgevingen te waarborgen. Dit artikel begint met de veelvoorkomende problemen en oplossingen voor blad- en materiaalkeuze en introduceert kort de selectie en optimalisatie van stoomturbinebladen.
1. Wat zijn stoomturbines?
De stoomturbine is een belangrijk onderdeel in thermische energiecentrales. Het drijft de generator aan om te roteren en elektriciteit op te wekken door hoge temperatuur, hoge druk stoom uit te zetten. Het is een belangrijke brug voor het effectief omzetten van stoomthermische energie in mechanische energie, wat direct de energieomzettingsefficiëntie en operationele stabiliteit van energiecentrales bepaalt.
De stoomturbine is samengesteld uit complexe roterende en vaste onderdelen. De roterende onderdelen omvatten voornamelijk de hoofdas, het schoepenwiel en de bladen, die samen de lineaire beweging van stoom omzetten in roterende beweging. De vaste onderdelen omvatten cilinders, nozzles, stoomafdichtingen, scheidingen, enz., die de nodige kanalen en voorwaarden bieden voor stoomstroom en energieomzetting.
2. Belang van stoomturbinebladen
Kernomzettingscomponenten: Stoomturbinebladen zijn de kerncomponenten in het energieomzettingsproces. Hun vorm, materiaal en prestaties bepalen direct de efficiëntie en kwaliteit van de omzetting van stoomenergie naar mechanische energie.
Complexe bedrijfsomgeving: De bedrijfsomgeving voor bladen is zwaar. Ze moeten de impact van hoge temperatuur, hoge druk stoom weerstaan, evenals de erosie van onzuiverheden, vocht en corrosieve stoffen in de stoom. Daarnaast moeten de bladen de centrifugale kracht en trillingen door hoge snelheidsrotatie weerstaan. Deze factoren stellen hoge eisen aan het materiaal, de structuur en het productieproces van de bladen.
3. Wat is het veelvoorkomende probleem van stoomturbine?
Veelvoorkomende problemen met stoomturbinebladen zijn schade en breuk, corrosie en roest, en watererosie. Deze problemen beïnvloeden niet alleen de normale werking van de stoomturbine, maar kunnen ook de veiligheid van de apparatuur en het productieproces ernstig beïnvloeden. Daarom moeten tijdens het ontwerp, de fabricage, installatie, werking en onderhoud van de stoomturbine een reeks maatregelen worden genomen om deze problemen te voorkomen en aan te pakken om de veilige en stabiele werking van de stoomturbine te waarborgen.
4. Analyse van de oorzaken van bladcorrosie of erosie.
4.1 Zuurcorrosie
In het initiële condensatiegebied van de lage-drukcilinder worden zure stoffen in de stoom (zoals kooldioxide, zwaveldioxide, enz.) verrijkt in het condensaat, wat resulteert in een verlaging van de pH en corrosie van metalen onderdelen. Deze corrosie zal niet alleen de sterkte en levensduur van de bladen verminderen, maar ook de algehele prestaties en veiligheid van de eenheid beïnvloeden.
4.2 Zuurstofcorrosie
Opgeloste zuurstof is een van de belangrijkste factoren die zuurstofcorrosie veroorzaken. Als de beschermende film op het oppervlak van het blad (zoals de ijzeroxidefilm) beschadigd is, zal opgeloste zuurstof elektrochemisch reageren met de metaalmatrix, waardoor ijzerionen neerslaan en het materiaal corroderen. Daarnaast zullen factoren zoals pH, temperatuur, belasting en stroomsnelheid ook de snelheid en omvang van zuurstofcorrosie beïnvloeden.
4.3 Watererosie
Onder lage belastingomstandigheden zullen vloeibare waterdruppels in de stoomstroom het bladoppervlak raken, wat watererosie veroorzaakt. Watererosie zal niet alleen de oppervlaktstructuur van het blad vernietigen, maar ook de slijtvastheid verminderen, waardoor het schadeproces van het blad wordt versneld.
5. Voordelen van kobaltlegeringen
5.1 Hoge-temperatuursterkte en oxidatieweerstand
Kobaltlegeringen hebben uitstekende hoge-temperatuursterkte en oxidatieweerstand. Deze eigenschap stelt kobaltlegeringbladen in staat om de effecten van hoge temperatuur, hoge druk stoom in stoomturbines te weerstaan zonder vervorming of schade. Dit voordeel is cruciaal voor het verbeteren van de operationele efficiëntie en operationele stabiliteit van stoomturbines.
5.2 Corrosie- en vermoeiingsweerstand
Kobaltlegeringen hebben een goede corrosie- en vermoeiingsweerstand. In de zware werkomgeving van stoomturbinebladen kunnen kobaltlegeringen effectief de erosie van corrosieve stoffen in stoom weerstaan en de levensduur van de bladen verlengen. Tegelijkertijd kan de hoge vermoeiingsweerstand ervoor zorgen dat de bladen stabiele prestaties behouden tijdens langdurige hoogbelastingsoperaties.
5.3 Uitstekende lasprestaties
Kobaltlegeringen hebben goede lasprestaties, waardoor het gemakkelijk is om lastechnologie te gebruiken bij de fabricage en het onderhoud van bladen. De sterkte en afdichting van de lasverbinding kunnen worden gegarandeerd, waardoor de algehele prestaties en levensduur van het blad worden verbeterd.
5.4 Slijtvastheid
Kobaltlegeringen hebben ook uitstekende slijtvastheid. Tijdens de werking van stoomturbinebladen moeten ze de slijtage en slijtage door onzuiverheden en deeltjes in de stoomstroom weerstaan. De hoge slijtvastheid van kobaltlegering kan bladslijtage verminderen en de levensduur van het blad verlengen.
6. Specifieke toepassing van kobaltlegering in turbinebladen
6.1 Bladmateriaal
Kobaltlegering kan direct worden gebruikt als het fabricagemateriaal van turbinebladen en mouwen, vooral geschikt voor bladenfabricage in een omgeving met hoge temperatuur, hoge druk en hoge corrosie. Kobaltlegering bladen met complexe vormen en hoge precisie kunnen worden vervaardigd door middel van precisiegieten, smeden, CNC-bewerking en andere processen.
Massieve kobaltlegering platen of strips worden inductie-gesoldeerd aan SUS410Cb turbinebladen om de slijtvastheid en erosieweerstand van de bladen te verbeteren. De erosiestrips zijn meestal gemaakt van Co 6 en Co 6B.
6.2 Coatingmateriaal
Naast het gebruik als massief blad, kan kobaltlegering ook worden gebruikt als coatingmateriaal op het oppervlak van turbinebladen. Het coaten van een kobaltlegering laag op het bladoppervlak zal de slijtvastheid en corrosieweerstand verbeteren en de levensduur verlengen. Deze coatingtechnologie is met succes toegepast in veel energiecentrales.
- STP 6 Chemische Samenstellingen
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.
Dichtheid: ≥8.35g/cm3
Hardheid: 38-44HRC
- STP 6B Chemische Samenstellingen
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.
Dichtheid: ≥8.38g/cm3
Hardheid: 36-40HRC
7. Principes voor het selecteren van turbinebladen
7.1 Materiaalkeuze
Kies materialen met uitstekende corrosieweerstand en slijtvastheid volgens de kenmerken van de werkomgeving van het blad. Bijvoorbeeld, inductie-gesoldeerde kobaltlegering strips aan SUS410Cb bladen kunnen de slijtvastheid en erosieweerstand van de bladen aanzienlijk verbeteren. Tegelijkertijd moeten factoren zoals materiaalkracht, taaiheid, thermische stabiliteit en verwerkingsprestaties in overweging worden genomen.
7.2 Structureel Ontwerp
Optimaliseer het ontwerp van de bladvorm en -grootte om spanningsconcentratie en trillingen te verminderen. De aerodynamische prestaties en vermoeiingsweerstand van de bladen kunnen worden verbeterd door middel van een juiste gestroomlijnde vormgeving en dikteverdeling. Daarnaast moeten factoren zoals de verbindingsmethode en de bevestigingsmethode tussen de bladen en de wielschijf in overweging worden genomen.
7.3 Productieproces
Gebruik geavanceerde productieprocessen en technische middelen om de fabricagenauwkeurigheid en kwaliteit van de bladen te waarborgen. Bijvoorbeeld, precisiegieten, smeden of CNC-bewerking kunnen worden gebruikt om bladen met complexe vormen en hoge precisie te produceren. Tegelijkertijd moeten de kwaliteitsinspectie en controle worden versterkt om ervoor te zorgen dat elk blad voldoet aan de ontwerpeisen en gebruiksnormen.
8. Onderhouds- en optimalisatiestrategie voor bladen
8.1 Regelmatige inspectie en onderhoud
Stel een regelmatig inspectie- en onderhoudssysteem op om een uitgebreide inspectie en evaluatie van de bladen uit te voeren. Ontdek en behandel tijdig problemen zoals zoutophoping, vuil en schade op het bladoppervlak om te voorkomen dat het probleem zich uitbreidt. Tegelijkertijd moeten de slijtage en corrosie van de bladen worden geregistreerd en geanalyseerd om een referentie te bieden voor daaropvolgend onderhoud en vervangingswerk.
8.2 Operationeel Beheer
Optimaliseer de bedrijfsomstandigheden en parameterinstellingen van de eenheid om de tijd en frequentie van laagbelastingsbedrijf te verminderen. Verminder het risico op corrosie en bladen slijtage door middel van juiste lastverdeling en aanpassingsmethoden. Tegelijkertijd is het noodzakelijk om de monitoring en diagnose van de apparatuur te versterken om abnormale omstandigheden tijdig te detecteren en aan te pakken.
8.3 Technologische innovatie
Introduceer en pas actief nieuwe materialen, nieuwe technologieën en nieuwe procesmethoden toe om de slijtvastheid, corrosieweerstand en fabricagekwaliteit van de bladen continu te verbeteren. Bijvoorbeeld, het ontwikkelen van nieuwe materialen met hogere corrosieweerstand en slijtvastheid; het gebruik van geavanceerde oppervlaktebehandelingstechnologieën (zoals spuiten, galvaniseren, etc.) om de beschermende prestaties van de bladen te verbeteren; het gebruik van digitale technologie en intelligente middelen om real-time monitoring en vroegtijdige waarschuwing van de bladconditie te realiseren, etc.
9. Conclusie
Als een belangrijk onderdeel van een energiecentrale is de materiaalkeuze van turbinebladen cruciaal om de efficiëntie van de energieopwekking en de veiligheid van de centrale te waarborgen. Onder de materialen voor stoomturbinebladen hebben kobaltlegeringen uitstekende hoge-temperatuursterkte, oxidatieweerstand, corrosieweerstand, vermoeiingsweerstand, goede plasticiteit en taaiheid, uitstekende lasprestaties en hoge slijtvastheid. Door het gebruik van hoogwaardige materialen zoals kobaltlegeringen, geavanceerde productieprocessen en operationele beheerstrategieën worden de prestaties en de levensduur van de bladen verbeterd, wat een solide basis legt voor de langdurige stabiele werking en efficiënte energieopwekking van energiecentrales. Daarom is het bij het selecteren van materialen voor stoomturbinebladen het beste om de voordelen van kobaltlegeringen te overwegen om de efficiëntie van de energieopwekking en de veiligheid van de centrale te maximaliseren.
