التوربينات البخارية هي معدات توليد الطاقة الأساسية، وأدائها المستقر والفعال مرتبط بشكل مباشر بكفاءة التشغيل والفوائد الاقتصادية لمحطات الطاقة. كعنصر أساسي لتحويل الطاقة، فإن اختيار وتصميم وتحسين مواد شفرات التوربينات البخارية أكثر أهمية. يجب أن تتحمل الشفرات درجات الحرارة العالية والضغوط، والدوران عالي السرعة، والحقول المعقدة للتدفق، ويجب أن تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل والإجهاد وقوة كافية لضمان التشغيل المستقر في البيئات القاسية. ستبدأ هذه المقالة بالمشاكل والحلول الشائعة لاختيار المواد وتحسين شفرات التوربينات البخارية وتقديم مقدمة موجزة عن اختيار وتحسين شفرات التوربينات البخارية.
1. ما هي التوربينات البخارية؟
التوربين البخاري هو قطعة أساسية من المعدات في محطات الطاقة الحرارية. يقوم بتدوير المولد لتوليد الكهرباء عن طريق توسيع البخار عالي الحرارة والضغط العالي. إنه جسر مهم لتحويل الطاقة الحرارية للبخار إلى طاقة ميكانيكية بشكل فعال، مما يحدد بشكل مباشر كفاءة تحويل الطاقة واستقرار التشغيل في محطات الطاقة.
يتكون التوربين البخاري من أجزاء دوارة معقدة وأجزاء ثابتة. تشمل الأجزاء الدوارة الرئيسية العمود الرئيسي والمروحة والشفرات، التي تعمل معًا على تحويل الحركة الخطية للبخار إلى حركة دورانية. تشمل الأجزاء الثابتة الأسطوانات والفوهات وأختام البخار والفواصل، التي توفر القنوات والظروف اللازمة لتدفق البخار وتحويل الطاقة.
2. أهمية شفرات التوربينات البخارية
مكونات التحويل الأساسية: شفرات التوربينات البخارية هي المكونات الأساسية في عملية تحويل الطاقة. شكلها ومادتها وأداؤها تحدد بشكل مباشر كفاءة وجودة تحويل طاقة البخار إلى طاقة ميكانيكية.
بيئة تشغيل معقدة: بيئة تشغيل الشفرات قاسية. يجب أن تتحمل تأثير البخار عالي الحرارة والضغط العالي، وكذلك تآكل الشوائب والرطوبة والمواد المسببة للتآكل في البخار. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتحمل الشفرات القوة الطاردة المركزية والاهتزاز الناتج عن الدوران عالي السرعة. تضع هذه العوامل متطلبات عالية على المادة والبنية وعملية تصنيع الشفرات.
3. ما هي المشكلة الشائعة للتوربينات البخارية؟
تشمل المشاكل الشائعة لشفرات التوربينات البخارية التلف والكسر، التآكل والصدأ، وتآكل الماء. لا تؤثر هذه المشاكل فقط على التشغيل العادي للتوربين البخاري، بل يمكن أن تؤثر أيضًا بشكل خطير على سلامة المعدات وعملية الإنتاج. لذلك، يجب اتخاذ سلسلة من التدابير خلال تصميم وتصنيع وتركيب وتشغيل وصيانة التوربين البخاري لمنع ومعالجة هذه المشاكل لضمان التشغيل الآمن والمستقر للتوربين البخاري.
4. تحليل أسباب تآكل أو تآكل الشفرات.
4.1 تآكل الحمض
في منطقة التكثيف الأولية للأسطوانة ذات الضغط المنخفض، تتراكم المواد الحمضية في البخار (مثل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت) في المكثفات، مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحموضة وتآكل الأجزاء المعدنية. لن يقلل هذا التآكل من قوة وعمر الشفرات فحسب، بل سيؤثر أيضًا على الأداء العام وسلامة الوحدة.
4.2 تآكل الأكسجين
الأكسجين المذاب هو أحد العوامل الرئيسية التي تسبب تآكل الأكسجين. إذا تم تلف الفيلم الواقي على سطح الشفرة (مثل فيلم أكسيد الحديد)، فسيتفاعل الأكسجين المذاب كيميائيًا مع مصفوفة المعدن، مما يتسبب في ترسيب أيونات الحديد وتآكل المادة. بالإضافة إلى ذلك، ستؤثر عوامل مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة والحمل ومعدل التدفق أيضًا على معدل ومدى تآكل الأكسجين.
4.3 تآكل الماء
تحت ظروف الحمل المنخفض، ستضرب قطرات الماء السائلة في تدفق البخار سطح الشفرة، مما يتسبب في تآكل الماء. لن يدمر تآكل الماء البنية السطحية للشفرة فحسب، بل سيقلل أيضًا من مقاومتها للتآكل، مما يسرع عملية تلف الشفرة.
5. مزايا سبائك الكوبالت
5.1 قوة عالية في درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة
تتمتع سبائك الكوبالت بقوة عالية في درجات الحرارة العالية ومقاومة للأكسدة. تمكن هذه الخاصية شفرات سبائك الكوبالت من تحمل تأثيرات البخار عالي الحرارة والضغط العالي في التوربينات البخارية دون تشوه أو تلف. هذه الميزة حاسمة لتحسين كفاءة التشغيل واستقرار التشغيل للتوربينات البخارية.
5.2 مقاومة التآكل والإجهاد
تتمتع سبائك الكوبالت بمقاومة جيدة للتآكل والإجهاد. في بيئة العمل القاسية لشفرات التوربينات البخارية، يمكن لسبائك الكوبالت أن تقاوم بشكل فعال تآكل المواد المسببة للتآكل في البخار وتمديد عمر الشفرات. في الوقت نفسه، يمكن لمقاومتها العالية للإجهاد أن تضمن أيضًا أن الشفرات تحافظ على أداء مستقر خلال التشغيل طويل الأمد تحت الحمل العالي.
5.3 أداء لحام ممتاز
تتمتع سبائك الكوبالت بأداء لحام جيد، لذا من السهل استخدام تقنية اللحام في تصنيع وصيانة الشفرات. يمكن ضمان قوة وإحكام الوصلة الملحومة، مما يحسن الأداء العام وعمر الشفرة.
5.4 مقاومة التآكل
تتمتع سبائك الكوبالت أيضًا بمقاومة ممتازة للتآكل. خلال تشغيل شفرات التوربينات البخارية، يجب أن تتحمل التآكل والاحتكاك الناتج عن الشوائب والجسيمات في تدفق البخار. يمكن لمقاومة التآكل العالية لسبائك الكوبالت تقليل تآكل الشفرات وتمديد عمر الشفرات.
6. التطبيق المحدد لسبيكة الكوبالت في شفرات التوربينات
6.1 مادة الشفرة
يمكن استخدام سبيكة الكوبالت مباشرة كمادة تصنيع لشفرات التوربينات والأكمام، وهي مناسبة بشكل خاص لتصنيع الشفرات في بيئة ذات درجة حرارة عالية وضغط عالٍ وتآكل عالٍ. يمكن تصنيع شفرات سبيكة الكوبالت ذات الأشكال المعقدة والدقة العالية عن طريق الصب الدقيق، والتزوير، والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي، وغيرها من العمليات.
يتم لحام صفائح أو شرائط سبيكة الكوبالت الصلبة إلى شفرات التوربينات SUS410Cb باستخدام الحث لتحسين مقاومة التآكل والتآكل للشفرات. عادة ما تكون شرائط التآكل مصنوعة من Co 6 و Co 6B.
6.2 مادة الطلاء
بالإضافة إلى استخدامها كشفرة صلبة، يمكن أيضًا استخدام سبيكة الكوبالت كمواد طلاء على سطح شفرات التوربينات. سيؤدي طلاء طبقة سبيكة الكوبالت على سطح الشفرة إلى تحسين مقاومتها للتآكل والتآكل وإطالة عمرها. تم تطبيق هذه التقنية بنجاح في العديد من محطات الطاقة.
- STP 6 التراكيب الكيميائية
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: الباقي.
الكثافة: ≥8.35g/cm3
الصلابة: 38-44HRC
- STP 6B التراكيب الكيميائية
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: الباقي.
الكثافة: ≥8.38g/cm3
الصلابة: 36-40HRC
7. مبادئ اختيار شفرات التوربينات
7.1 اختيار المواد
وفقًا لخصائص بيئة العمل للشفرات، اختر مواد ذات مقاومة ممتازة للتآكل والتآكل. على سبيل المثال، يمكن أن يحسن لحام شرائط سبيكة الكوبالت إلى شفرات SUS410Cb بشكل كبير من مقاومة التآكل والتآكل للشفرات. في الوقت نفسه، يجب مراعاة عوامل مثل قوة المادة، والمتانة، والاستقرار الحراري، وأداء المعالجة.
7.2 التصميم الهيكلي
تحسين تصميم شكل وحجم الشفرة لتقليل تركيز الإجهاد والاهتزاز. يمكن تحسين الأداء الديناميكي الهوائي ومقاومة الإجهاد للشفرات من خلال التصميم الانسيابي المناسب وتوزيع السماكة. بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة عوامل مثل طريقة الاتصال وطريقة التثبيت بين الشفرات والقرص.
7.3 عملية التصنيع
استخدام عمليات التصنيع المتقدمة والوسائل التقنية لضمان دقة وجودة تصنيع الشفرات. على سبيل المثال، يمكن استخدام الصب الدقيق أو التزوير أو التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لإنتاج شفرات ذات أشكال معقدة ودقة عالية. في الوقت نفسه، يجب تعزيز روابط الفحص والتحكم في الجودة لضمان أن كل شفرة تلبي متطلبات التصميم ومعايير الاستخدام.
8. استراتيجية صيانة الشفرات والتحسين
8.1 الفحص والصيانة الدورية
إنشاء نظام فحص وصيانة منتظم لإجراء فحص وتقييم شامل للشفرات. اكتشاف ومعالجة المشكلات مثل تراكم الملح والأوساخ والأضرار على سطح الشفرة في الوقت المناسب لمنع تفاقم المشكلة. في الوقت نفسه، يجب تسجيل وتحليل تآكل وتآكل الشفرات لتوفير مرجع لأعمال الصيانة والاستبدال اللاحقة.
8.2 إدارة العمليات
تحسين ظروف التشغيل وإعدادات المعلمات لتقليل وقت وتكرار التشغيل عند الحمل المنخفض. تقليل خطر التآكل وتآكل الشفرات من خلال توزيع الحمل الصحيح وطرق التعديل. في الوقت نفسه، من الضروري تعزيز مراقبة وتشخيص المعدات لاكتشاف ومعالجة الحالات الشاذة في الوقت المناسب.
8.3 الابتكار التكنولوجي
تقديم وتطبيق المواد الجديدة والتقنيات الجديدة وطرق العمليات الجديدة بشكل نشط لتحسين مقاومة التآكل والتآكل وجودة التصنيع للشفرات باستمرار. على سبيل المثال، تطوير مواد جديدة ذات مقاومة أعلى للتآكل والتآكل؛ استخدام تقنيات معالجة السطح المتقدمة (مثل الرش، الطلاء الكهربائي، إلخ) لتحسين الأداء الوقائي للشفرات؛ استخدام التكنولوجيا الرقمية والوسائل الذكية لتحقيق المراقبة في الوقت الحقيقي والإنذار المبكر لحالة الشفرة، إلخ.
9. الخاتمة
باعتبارها مكونًا رئيسيًا في محطة توليد الطاقة، فإن اختيار مادة شفرات التوربينات أمر بالغ الأهمية لضمان كفاءة توليد الطاقة وسلامة المحطة. من بين المواد المستخدمة لشفرات التوربينات البخارية، تتمتع سبائك الكوبالت بقوة عالية في درجات الحرارة العالية، ومقاومة للأكسدة، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للإجهاد، ومرونة جيدة، ومتانة، وأداء لحام ممتاز، ومقاومة عالية للتآكل. باستخدام مواد عالية الجودة مثل سبائك الكوبالت، وعمليات التصنيع المتقدمة واستراتيجيات إدارة العمليات، يتم تحسين أداء وعمر الشفرات، مما يضع أساسًا قويًا للتشغيل المستقر طويل الأمد وتوليد الطاقة بكفاءة لمحطات الطاقة. لذلك، عند اختيار المواد لشفرات التوربينات البخارية، من الأفضل النظر في مزايا سبائك الكوبالت لتعظيم كفاءة توليد الطاقة وسلامة المحطة.
