As turbinas a vapor são equipamentos centrais de geração de energia, e seu desempenho estável e eficiente está diretamente relacionado à eficiência operacional e aos benefícios econômicos das usinas. Como um componente chave para a conversão de energia, a seleção, design e otimização dos materiais das lâminas da turbina a vapor são ainda mais importantes. As lâminas devem não só suportar altas temperaturas e pressões, rotação em alta velocidade e campos de fluxo complexos, mas também ter boa resistência à corrosão, resistência à fadiga e resistência suficiente para garantir operação estável em ambientes severos. Este artigo começará com os problemas comuns e soluções para a seleção de lâminas e materiais e introduzirá brevemente a seleção e otimização das lâminas da turbina a vapor.
1. O que são turbinas a vapor?
A turbina a vapor é um equipamento chave em usinas termelétricas. Ela aciona o gerador para girar e gerar eletricidade ao expandir vapor de alta temperatura e alta pressão. É uma ponte importante para converter efetivamente a energia térmica do vapor em energia mecânica, o que determina diretamente a eficiência de conversão de energia e a estabilidade operacional das usinas.
A turbina a vapor é composta por partes rotativas complexas e partes fixas. As partes rotativas incluem principalmente o eixo principal, o impulsor e as lâminas, que juntos convertem o movimento linear do vapor em movimento rotativo. As partes fixas incluem cilindros, bicos, selos de vapor, divisórias, etc., que fornecem os canais e condições necessários para o fluxo de vapor e conversão de energia.
2. Importância das lâminas da turbina a vapor
Componentes de Conversão Principais: As lâminas da turbina a vapor são os componentes principais no processo de conversão de energia. Sua forma, material e desempenho determinam diretamente a eficiência e a qualidade da conversão de energia do vapor em energia mecânica.
Ambiente operacional complexo: O ambiente operacional das lâminas é severo. Elas devem suportar o impacto de vapor de alta temperatura e alta pressão, bem como a erosão de impurezas, umidade e substâncias corrosivas no vapor. Além disso, as lâminas devem suportar a força centrífuga e a vibração geradas pela rotação em alta velocidade. Esses fatores impõem altas exigências ao material, estrutura e processo de fabricação das lâminas.
3. Qual é o problema comum da turbina a vapor?
Problemas comuns com lâminas de turbina a vapor incluem danos e fraturas, corrosão e ferrugem, e erosão por água. Esses problemas não só afetam a operação normal da turbina a vapor, mas também podem afetar seriamente a segurança do equipamento e do processo de produção. Portanto, uma série de medidas deve ser tomada durante o design, fabricação, instalação, operação e manutenção da turbina a vapor para prevenir e lidar com esses problemas, garantindo a operação segura e estável da turbina a vapor.
4. Análise das causas da corrosão ou erosão das lâminas.
4.1 Corrosão Ácida
Na área de condensação inicial do cilindro de baixa pressão, substâncias ácidas no vapor (como dióxido de carbono, dióxido de enxofre, etc.) são enriquecidas no condensado, resultando em uma diminuição do pH e corrosão das partes metálicas. Essa corrosão não só reduz a resistência e a vida útil das lâminas, mas também afeta o desempenho geral e a segurança da unidade.
4.2 Corrosão por Oxigênio
O oxigênio dissolvido é um dos principais fatores que causam corrosão por oxigênio. Se o filme protetor na superfície da lâmina (como o filme de óxido de ferro) for danificado, o oxigênio dissolvido reagirá eletroquimicamente com a matriz metálica, causando a precipitação de íons de ferro e corroendo o material. Além disso, fatores como pH, temperatura, carga e taxa de fluxo também afetarão a taxa e a extensão da corrosão por oxigênio.
4.3 Erosão por Água
Em condições de baixa carga, gotas de água líquida no fluxo de vapor atingem a superfície da lâmina, causando erosão por água. A erosão por água não só destrói a estrutura superficial da lâmina, mas também reduz sua resistência ao desgaste, acelerando assim o processo de dano da lâmina.
5. Vantagens das ligas de cobalto
5.1 Resistência a Altas Temperaturas e Oxidação
Ligas de cobalto têm excelente resistência a altas temperaturas e oxidação. Essa propriedade permite que as lâminas de liga de cobalto suportem os efeitos do vapor de alta temperatura e alta pressão em turbinas a vapor sem deformação ou dano. Essa vantagem é crucial para melhorar a eficiência operacional e a estabilidade operacional das turbinas a vapor.
5.2 Resistência à Corrosão e Fadiga
Ligas de cobalto têm boa resistência à corrosão e à fadiga. No ambiente de trabalho severo das lâminas da turbina a vapor, as ligas de cobalto podem resistir efetivamente à erosão de substâncias corrosivas no vapor e prolongar a vida útil das lâminas. Ao mesmo tempo, sua alta resistência à fadiga também pode garantir que as lâminas mantenham um desempenho estável durante a operação de alta carga a longo prazo.
5.3 Excelente desempenho de soldagem
Ligas de cobalto têm bom desempenho de soldagem, por isso é fácil usar tecnologia de soldagem na fabricação e manutenção de lâminas. A resistência e a vedação da junta soldada podem ser garantidas, melhorando assim o desempenho geral e a vida útil da lâmina.
5.4 Resistência ao Desgaste
Ligas de cobalto também têm excelente resistência ao desgaste. Durante a operação das lâminas da turbina a vapor, elas devem suportar a abrasão e o desgaste causados por impurezas e partículas no fluxo de vapor. A alta resistência ao desgaste da liga de cobalto pode reduzir o desgaste das lâminas e prolongar a vida útil das lâminas.
6. Aplicação específica da liga de cobalto em lâminas de turbina
6.1 Material da Lâmina
A liga de cobalto pode ser usada diretamente como material de fabricação de lâminas e mangas de turbina, especialmente adequada para fabricação de lâminas em ambientes de alta temperatura, alta pressão e alta corrosão. Lâminas de liga de cobalto com formas complexas e alta precisão podem ser fabricadas por fundição de precisão, forjamento, usinagem CNC e outros processos.
Folhas ou tiras sólidas de liga de cobalto são brasadas por indução em lâminas de turbina SUS410Cb para melhorar a resistência ao desgaste e à erosão das lâminas. As tiras de erosão são geralmente feitas de Co 6 e Co 6B.
6.2 Material de Revestimento
Além de ser usada como lâmina sólida, a liga de cobalto também pode ser usada como material de revestimento na superfície das lâminas de turbina. Revestir uma camada de liga de cobalto na superfície da lâmina melhorará sua resistência ao desgaste e à corrosão e prolongará sua vida útil. Esta tecnologia de revestimento tem sido aplicada com sucesso em muitas usinas.
- STP 6 Composições Químicas
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.
Densidade: ≥8,35g/cm3
Dureza: 38-44HRC
- STP 6B Composições Químicas
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.
Densidade: ≥8,38g/cm3
Dureza: 36-40HRC
7. Princípios para seleção de lâminas de turbina
7.1 Seleção de Material
De acordo com as características do ambiente de trabalho da lâmina, selecione materiais com excelente resistência à corrosão e ao desgaste. Por exemplo, a brasagem por indução de tiras de liga de cobalto em lâminas SUS410Cb pode melhorar significativamente a resistência ao desgaste e à erosão das lâminas. Ao mesmo tempo, fatores como resistência do material, tenacidade, estabilidade térmica e desempenho de processamento devem ser considerados.
7.2 Design Estrutural
Otimize o design da forma e do tamanho da lâmina para reduzir a concentração de tensão e a vibração. O desempenho aerodinâmico e a resistência à fadiga das lâminas podem ser melhorados através de um design aerodinâmico adequado e distribuição de espessura. Além disso, fatores como o método de conexão e o método de fixação entre as lâminas e o disco da roda devem ser considerados.
7.3 Processo de Fabricação
Use processos de fabricação avançados e meios técnicos para garantir a precisão e a qualidade das lâminas. Por exemplo, fundição de precisão, forjamento ou usinagem CNC podem ser usados para produzir lâminas com formas complexas e alta precisão. Ao mesmo tempo, os links de inspeção e controle de qualidade devem ser fortalecidos para garantir que cada lâmina atenda aos requisitos de design e padrões de uso.
8. Estratégia de manutenção e otimização da lâmina
8.1 Inspeção e manutenção regulares
Estabeleça um sistema regular de inspeção e manutenção para realizar uma inspeção e avaliação abrangente das lâminas. Descubra e resolva prontamente problemas como acúmulo de sal, sujeira e danos na superfície da lâmina para evitar que o problema se expanda. Ao mesmo tempo, o desgaste e a corrosão das lâminas devem ser registrados e analisados para fornecer uma referência para trabalhos subsequentes de manutenção e substituição.
8.2 Gestão de Operações
Otimize as condições de operação da unidade e as configurações de parâmetros para reduzir o tempo e a frequência de operação em baixa carga. Reduza o risco de corrosão e desgaste das lâminas através de métodos adequados de distribuição e ajuste de carga. Ao mesmo tempo, é necessário fortalecer o monitoramento e diagnóstico do equipamento para detectar e lidar prontamente com condições anormais.
8.3 Inovação tecnológica
Introduza e aplique ativamente novos materiais, novas tecnologias e novos métodos de processo para melhorar continuamente a resistência ao desgaste, resistência à corrosão e qualidade de fabricação das lâminas. Por exemplo, desenvolver novos materiais com maior resistência à corrosão e ao desgaste; usar tecnologias avançadas de tratamento de superfície (como pulverização, galvanoplastia, etc.) para melhorar o desempenho protetor das lâminas; usar tecnologia digital e meios inteligentes para realizar monitoramento em tempo real e alerta precoce da condição da lâmina, etc.
9. Conclusão
Como um componente chave de uma usina, a seleção de material das lâminas de turbina é crucial para garantir a eficiência da geração de energia e a segurança da planta. Entre os materiais para lâminas de turbina a vapor, as ligas de cobalto possuem excelente resistência a altas temperaturas, resistência à oxidação, resistência à corrosão, resistência à fadiga, boa plasticidade e tenacidade, excelente desempenho de soldagem e alta resistência ao desgaste. Usando materiais de alta qualidade, como ligas de cobalto, processos de fabricação avançados e estratégias de gestão de operações, o desempenho e a vida útil das lâminas são melhorados, estabelecendo uma base sólida para a operação estável a longo prazo e a geração eficiente de energia das usinas. Portanto, ao selecionar materiais para lâminas de turbina a vapor, é melhor considerar as vantagens das ligas de cobalto para maximizar a eficiência da geração de energia e a segurança da planta.
