ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ КОРПУСА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ И ПАРОВАЯ ТУРБИНА
USING OF HEAT INSULATING LAYER FOR CASE OF STEAM TURBINE AND STEAM TURBINE

Изобретение относится к применению теплоизолирующего слоя согласно пункту 1 или пункту 2 формулы изобретения и паровой турбине согласно пункту 29 формулы изобретения.
Теплоизолирующие слои, которые наносят на детали, известны из области газовых турбин, как они описаны, например, в ЕР 1029115 или WO 00/25005.
Из DE 19535227 A1 является известным предусматривать в паровой турбине теплоизолирующий слой, чтобы иметь возможность применения материалов с худшими механическими характеристиками, которые являются, однако, более выгодными с точки зрения затрат, для подложки, на которую наносится теплоизолирующий слой. Теплоизолирующий слой нанесен в более холодной области области впуска пара.
GB 1556274 раскрывает диск турбины с теплоизолирующим слоем для того, чтобы уменьшить ввод тепла в более тонкие области диска турбины.
US 4405284 раскрывает двухслойное керамическое внешнее покрытие для улучшения характеристик при истирании.
Патент US 5645399 раскрывает локальное нанесение теплоизолирующего слоя в газовой турбине для уменьшения осевых зазоров.
Описание к патенту 723476 раскрывает корпус, который выполнен из двух частей и содержит внешний керамический слой, который выполнен толстым. Части одного корпуса расположены друг над другом, а не аксиально рядом друг с другом.
Теплоизолирующие слои позволяют использовать детали при более высоких температурах, чем это допускает основной металл, или продлить продолжительность эксплуатации.
Известные основные металлы позволяют иметь температуры применения максимально 1000-1100°С, в то время как покрытие теплоизолирующим слоем позволяет иметь температуры применения до 1350°С.
По сравнению с газовыми турбинами температуры применения деталей в паровой турбине являются заметно более низкими, давление и плотность текучей среды, однако, выше и вид текучей среды другим, так что там к материалам предъявляются другие требования.
Существенными для коэффициента полезного действия паровой турбины являются радиальные и осевые зазоры между ротором и статором. Решающее влияние на это имеет деформация корпусов паровой турбины, функцией которых, между прочим, является позиционирование направляющих лопаток напротив закрепленных на валу рабочих лопаток. Эти деформации корпусов имеют термические составляющие (из ввода тепла), а также вязкопластичные составляющие (из ползучести или соответственно релаксации деталей).
В других компонентах паровой турбины (например, корпус клапана) недопустимые вязкопластичные деформации отрицательно воздействуют на их функционирование (например, плотность клапана).
Задачей изобретения является знание о преодолении названных проблем.
Задача решается посредством применения теплоизолирующего слоя для корпуса для паровой турбины согласно пункту 1 или пункту 2 формулы изобретения.
Задача решается далее посредством паровой турбины согласно пункту 29 формулы изобретения, которая содержит теплоизолирующий слой с локально различными параметрами (материалы, пористость, толщина). Локально означает локально ограниченные области поверхностей одной или нескольких деталей турбины.
Теплоизолирующий слой служит не обязательно только цели смещения наверх диапазона температур применения, но и также для того, чтобы нацеленно оказывать положительное воздействие на деформационное поведение посредством
a) снижения интегральной стационарной температуры одной корпусной детали относительно другой корпусной детали,
b) экранирования деталей от пара с сильно изменяющимися температурами при нестационарных состояниях (запуск, останов, изменение нагрузки),
c) снижения вязкопластичных деформаций корпусов, которые появляются как за счет уменьшения при высоких температурах стойкости к ползучести материалов, так и за счет тепловых напряжений вследствие разницы температур в детали.
В зависимых пунктах формулы изобретения приведены дальнейшие выгодные формы выполнения соответствующей изобретению детали.
Приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения меры могут предпочтительным образом комбинироваться между собой.
Предпочтительным образом контролированное воздействие на деформационное поведение проявляется в случае радиального зазора между ротором турбины и статором турбины, то есть турбинной лопаткой и корпусом, в минимизации этого радиального зазора.
Минимизация радиального зазора приводит к повышению коэффициента полезного действия турбины.
Также предпочтительным образом за счет контролированного деформационного поведения контролирование регулируют и минимируют осевые зазоры в паровой турбине, в частности, между на ротором и корпусом.
Особенно предпочтительно сказывается то, что интегральная температура корпуса за счет размещения теплоизолирующего слоя является ниже, чем температура вала, так что радиальный зазор между ротором и статором, то есть между вершиной рабочей лопатки и корпусом или соответственно между вершиной направляющей лопатки и валом, при эксплуатации (более высокие температуры, чем комнатная температура) является меньше, чем при монтаже (комнатная температура). Уменьшение нестационарной тепловой деформации корпусов и выравнивание ее с деформационным поведением в большинстве случаев термически более инерционного вала турбины также вызывают уменьшение предусматриваемых радиальных зазоров. За счет размещения теплоизолирующего слоя снижается также вязкая деформация ползучести, и деталь может эксплуатироваться более длительно.
Теплоизолирующий слой можно применять предпочтительным образом в заново изготовленных, бывших в употреблении (то есть ремонт еще не требуется) и снова восстановленных деталях.
Примеры выполнения представлены на чертежах. При этом показывают:
Фиг.1, 2, 3, 4 - возможности расположения теплоизолирующего слоя детали,
Фиг.5, 6 - градиент пористости внутри теплоизолирующего слоя детали,
Фиг.7, 9 - влияние разницы температур на деталь,
Фиг.8 - паровую турбину,
Фиг.10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 - дальнейшие примеры выполнения теплоизолирующего слоя,
Фиг.18 - влияние теплоизолирующего слоя на продолжительность службы снова восстановленной детали.
Фиг.1 показывает первый пример выполнения детали 1 для соответствующего изобретению применения.
Деталь 1 является деталью или корпусом, в частности корпусом 335 впускной области 333 турбины (газ, пар), в частности паровой турбины 300, 303 (Фиг.8), и состоит из подложки 4 (например, несущей структуры) и размещенного на ней теплоизолирующего слоя 7.
Теплоизолирующий слой 7 является, в частности, керамическим слоем, который выполнен, например, из оксида циркония (частично стабилизированного, полностью стабилизированного оксидом иттрия и/или оксидом магния) и/или из оксида титана, и является, например, толще, чем 0,1 мм.
Так, можно применять теплоизолирующие слои 7, которые на 100% состоят или из оксида циркония, или из оксида титана.
Керамический слой можно наносить посредством известных способов нанесения покрытий, как атмосферное плазменное напыление (APS), вакуумное плазменное напыление (VPS), напыление в плазме низкого давления (LPPS), а также с помощью химических или физических методов нанесения покрытий (CVD, PVD).
Фиг.2 показывает дальнейшую форму выполнения детали 1 для соответствующего изобретению применения.
Между подложкой 4 и теплоизолирующим слоем 7 расположен, по крайней мере, один промежуточный защитный слой 10.
Промежуточный защитный слой 10 служит для защиты от коррозии и/или окисления подложки 4 и/или для лучшей связи теплоизолирующего слоя с подложкой 4. Это имеет, в частности, место, если теплоизолирующий слой состоит из керамики, а подложка 4 - из металла.
Промежуточный защитный слой 10 для защиты подложки 4 от коррозии и окисления при высокой температуре содержит, например, в основном следующие элементы (указания долей в весовых процентах):
11,5-20,0 вес.% хром,
0,3-1,5 вес.% кремний,
0,0-1,0 вес.% алюминий,
0,0-0,7 вес.% иттрий и/или, по крайней мере, один эквивалентный металл из группы, охватывающей скандий и элементы редкоземельных металлов, остаток - железо, кобальт и/или никель, а также обусловленные изготовлением загрязнения;
в частности металлический промежуточный защитный слой 10 выполнен из
12,5-14,0 вес.% хрома,
0,5-1,0 вес.% кремния,
0,1-0,5 вес.% алюминия,
0,0-0,7 вес.% иттрия и/или, по крайней мере, одного эквивалентного металла из группы, охватывающей скандий и элементы редкоземельных металлов, остаток - железо и/или кобальт, и/или никель, а также обусловленные изготовлением загрязнения.
Предпочтительным является, если остатком является только железо.
Состав промежуточного защитного слоя 10 на основе железа имеет особенно хорошие характеристики, так что защитный слой 10 является особенно пригодным для нанесения на ферритные подложки 4.
При этом коэффициенты теплового расширения подложки 4 и промежуточного защитного слоя 10 могут очень хорошо приравниваться друг к другу или даже быть равными, так что не возникает никакого термически обусловленного напряжения между подложкой 4 и промежуточным защитным слоем 10 (thermal mismatch), которое могло бы вызывать отслаивание промежуточного защитного слоя 10.
Это является особенно важным, так как в случае ферритных материалов часто не производят никакой термообработки для диффузионного соединения, а защитный слой 10 по большей части удерживается на подложке 4 только за счет адгезии.
В частности, подложка 4 тогда является ферритным основным сплавом, сталью или жаропрочным сплавом на основе никеля или кобальта, в частности 1% CrMoV-сталью или 10-12%-й хромистой сталью.
Дальнейшие предпочтительные ферритные подложки 4 детали 1 состоят из
1%-2% Cr-стали для валов (309, Фиг.4):
как, например, 30CrMoNiV5-11 или 23CrMoNiWV8-8,
1%-2% Cr-стали для корпусов (например, 335, Фиг.4):
G17CrMoV5-10 или G17CrMo9-10,
10% Cr-стали для валов (309, Фиг.4):
X12CrMoWVNbN10-1-1,
10% Cr-стали для корпусов (например, 335, Фиг.4):
GX12CrMoWVNbN10-1-1 или GX12CrMoVNbN9-1.
Фиг.3 показывает следующий пример выполнения детали 1 для соответствующего изобретению применения.
На теплоизолирующем слое 7 теперь внешнюю поверхность образует эрозионно-защитный слой 13.
Он выполнен, в частности, из металла или металлического сплава и защищает деталь 1 от эрозии и/или износа, как это имеет место, в частности, в случае паровых турбин 300, 303 (Фиг.8), которые имеют образование окалины в области горячего пара, где появляются средние скорости потока порядка 50 м/с (то есть 20-100 м/с) и давления до 400 бар.
Для возможно хорошего действия теплоизолирующего слоя 7 теплоизолирующий слой 7 имеет известную открытую и/или закрытую пористость.
Предпочтительно износо-/эрозионно-защитный слой 13 имеет высокую плотность и состоит из сплавов на основе железа, хрома, никеля и/или кобальта или MCrAlX или, например, NiCr 80/20 или с добавками бора (В) и кремния (Si) NiCrSiB или NiAl (например, Ni 95%, Al 5%).
В частности, металлический эрозионно-защитный слой 13 может быть применен в паровых турбинах 300, 303, так как температуры эксплуатации в паровых турбинах 300, 303 в области впуска пара 333 лежат максимально при 800°С или 850°С. Для таких диапазонов температур существует достаточно металлических слоев, которые имеют достаточно большую необходимую защиту от эрозии для всей продолжительности эксплуатации детали 1.
Металлические эрозионно-защитные слои 13 в газовых турбинах на керамическом теплоизолирующем слое 7 там не везде возможны, так как металлические эрозионно-защитные слои 13 в качестве внешнего слоя не могут выдерживать максимальные отдельные температуры до 1350°С.
Керамические эрозионно-защитные слои 13 являются также возможными.
3
2
3
2
3
2
Другими материалами для эрозионно-защитного слоя 13 являются, например, карбид хрома (CrC), смесь из карбида вольфрама, карбида хрома и никеля (WC-CrC-Ni), например, с весовыми долями 73 вес.% для карбида вольфрама, 20 вес.% для карбида хрома и 7 вес.% для никеля, далее карбид хрома с добавкой никеля (СrС-Ni), например, с долей карбида хрома в 83 вес.% и никеля 17 вес.%, а также смесь из карбида хрома и хромоникеля (CrC-NiCr), например, с долей карбида хрома 75 вес.% и хромоникеля 25 вес.%, а также стабилизированный иттрием оксид циркония, например, с весовой долей оксида циркония в 80 вес.% и оксида иттрия 20 вес.%.
Точно так же по сравнению с примером выполнения согласно Фиг.3 еще может иметься промежуточный защитный слой 10 (Фиг.4).
Фиг.5 показывает теплоизолирующий слой 7 с градиентом пористости.
В теплоизолирующем слое 7 имеются поры 16. В направлении внешней поверхности плотность ρ теплоизолирующего слоя 7 увеличивается (направление стрелки).
Тем самым в направлении к подложке 4 или имеющемуся, при необходимости, промежуточному защитному слою 10 предпочтительно существует большая пористость, чем в области внешней поверхности или контактной поверхности к эрозионно-защитному слою 13.
На Фиг.6 градиент плотности ρ теплоизолирующего слоя 7 проходит противоположно тому, как это показано на Фиг.5 (направление стрелки).
Фиг.7A, 7B показывают влияние теплоизолирующего слоя 7 на термически обусловленное деформационное поведение детали 1.
max
min
Фиг.7А показывает деталь без теплоизолирующего слоя. На двух противоположных сторонах подложки 4 господствуют две различные температуры, более высокая температура Т и более низкая температура Т, за счет чего имеет место радиальная разница температуры dT(4).
mах
min
Тем самым подложка 4 расширяется, как это помечено штриховой линией, вследствие теплового расширения в области более высокой температуры Т заметно сильнее, чем в области меньшей температуры Т. Это различное расширение вызывает нежелательную деформацию корпуса.
В противоположность этому в случае Фиг.7B на подложке 4 имеется теплоизолирующий слой 7, причем подложка 4 и теплоизолирующий слой 7 вместе являются такими же толстыми, как подложка 4 на Фиг.7A.
max
mах
Теплоизолирующий слой 7 понижает максимальную температуру на поверхности подложки 4 сверхпропорционально до температуры Т', хотя внешняя температура Т является также высокой, как и на Фиг.7A. Это получается не только из-за расстояния поверхности подложки 4 относительно внешней поверхности теплоизолирующего слоя 7 с более высокой температурой, но и, в частности, за счет меньшей теплопроводности теплоизолирующего слоя 7. Внутри теплоизолирующего слоя 7 имеется значительно больший температурный градиент, чем в металлической подложке 4.
max
min
За счет этого разница температур dT(4,7)(=Т'-T) является меньшей, чем разница температур согласно Фиг.7A dT(4)=dT(7)+аТ(4,7).
min
За счет этого имеет место существенно меньшее или даже по сравнению с поверхностью с температурой Т едва ли отличающееся тепловое расширение подложки 4, как это показано штриховой линией, так что локально различные расширения, по крайней мере, становятся более равномерными.
Часто теплоизолирующие слои 7 имеют также меньший коэффициент теплового расширения, чем подложка 4.
Подложка 4 на Фиг.7B может также быть такой же толщины, что и подложка на Фиг.7А.
На Фиг.8 представлена в качестве примера паровая турбина 300, 303 с проходящим вдоль оси вращения 306 валом турбины 309.
Паровая турбина содержит турбиную секцию высокого давления 300 и турбинную секцию среднего давления 303 соответственно с внутренним корпусом 312 и окружающий его внешний корпус 315. Турбинная секция среднего давления 303 выполнена двухпоточной. Возможным является также, что турбинная секция среднего давления 303 выполнена однопоточной.
Вдоль оси вращения 306 между турбинной секцией высокого давления 300 и турбинной секцией среднего давления 303 расположен подшипник 318, причем вал турбины 309 в подшипнике 318 имеет опорную область 321. Вал турбины 309 установлен на следующем подшипнике 324 рядом с турбинной секцией высокого давления 300. В области этого подшипника 324 турбинная секция высокого давления 300 содержит уплотнение вала 345. Вал турбины 309 уплотнен относительно внешнего корпуса 315 турбинной секции среднего давления 303 с помощью двух следующих уплотнений вала 345.
Между областью впуска пара высокого давления 348 и областью выпуска пара 351 вал турбины 309 в турбинной секции высокого давления 300 имеет систему рабочих лопаток высокого давления 354, 357. Эта система рабочих лопаток высокого давления 354, 357 с соответствующими не представленными более подробно рабочими лопатками представляет первую область облопачивания 360.
Турбинная секция среднего давления 303 содержит центральную область впуска пара 333 с внутренним корпусом 335 и внешним корпусом 334. Вал турбины 309 имеет приданное области впуска пара 333 радиально-симметричное экранирование вала 363, защитную пластину, с одной стороны, для разделения парового потока на два потока турбинной секции среднего давления 303, а также для предотвращения прямого контакта горячего пара с валом турбины 309. Вал турбины 309 имеет в турбинной секции среднего давления 303 вторую область в корпусах 366, 367 областей облопачивания с рабочими лопатками среднего давления 354, 342. Текущий через вторую область облопачивания горячий пар течет из турбинной секции среднего давления 303 из отводящего патрубка 369 к включенной гидравлически после нее, не представленной на чертеже турбинной секции низкого давления.
Вал турбины 309 составлен из двух частичных валов 309а и 309b, которые жестко соединены между собой в области подшипника 318.
В частности, область впуска пара 333 любого типа паровой турбины содержит теплоизолирующий слой 7 и/или эрозионно-защитный слой 13.
За счет контролированного деформационного поведения посредством нанесения теплоизолирующего слоя можно повышать, в частности, коэффициент полезного действия паровой турбины 300, 303.
Это производят, например, за счет минимизации радиального зазора (радиального, то есть перпендикулярного оси 306) между частями ротора и статора (корпус) (Фиг.16, 17).
Точно так же можно минимировать осевой зазор 378 (параллельно оси 306) за счет контролированного деформационного поведения облопачивания ротора и корпуса.
Следующие описания применения теплоизолирующего слоя 7 относятся к детали 1 паровой турбины 300, 303 только в качестве примера.
Фиг.9 показывает воздействие локально различных температур на осевое поведение расширения детали.
Фиг.9А показывает деталь 1, которая удлиняется (dl) за счет повышения температуры (dT).
Тепловое линейное расширение dl показано штриховой линией.
Крепление, расположение или фиксация детали 1 допускает это удлинение.
Фиг.9B показывает также деталь 1, которая расширяется под действием повышения температуры.
333
366
367
Температуры в различных областях детали 1 являются, однако, различными. Так, например, в средней области, например в области впуска пара 333 с корпусом 335, температура Т является больше, чем температура Т смежной области облопачивания (корпус 366), и больше, чем в следующем примыкающем корпусе 367 (Т).
равно
С помощью штриховых линий ссылочной позицией 333 показано тепловое расширение области впуска 333, если бы все области или корпуса 333, 366, 367 претерпевали равномерное повышение температуры.
Так как, однако, температура в области впуска 333 является больше, чем в окружающих корпусах 366 и 367, то область впуска 333 расширяется сильнее, чем показано штриховыми линиями 333'.
Так как область впуска 333 расположена между корпусом 366 и следующим корпусом 367, область впуска 333 не может расширяться свободно, так что это приводит к неравномерному деформационному поведению.
За счет нанесения теплоизолирующего слоя 7 деформационное поведение должно контролироваться и/или выравниваться.
Фиг.10 показывает увеличенное представление области впуска 333 паровой турбины 300, 303.
Паровая турбина 300, 303 в окрестности области впуска 333 состоит из внешнего корпуса 334, на котором имеют место температуры, например, между 250°С до 350°С, и внутреннего корпуса 335, на котором господствуют температуры, например, 450°С до 620°С, но также и до 800°С, так что имеются, например, разницы температур больше 200°С.
На внутренний корпус 335 области впуска пара 333 на внутренней стороне 336 нанесен теплоизолирующий слой 7. На внешнюю сторону 337, например, не наносится никакого теплоизолирующего слоя 7.
За счет нанесения теплоизолирующего слоя 7 уменьшается ввод тепла во внутренний корпус 335, так что оказывается влияние на тепловое расширение корпуса 335 области впуска 333 и общее деформационное поведение корпусов 335, 366, 367. За счет этого можно контролированно регулировать и выравнивать общее деформационное поведение внутреннего корпуса 335 или внешнего корпуса 334.
Регулирование деформационного поведения одного корпуса или корпусов между собой (Фиг.9B) можно производить с помощью изменения толщины теплоизолирующего слоя 7 (Фиг.12) и/или нанесения различных материалов на различных местах поверхности корпуса, смотри, например, внутренний корпус 335 на Фиг.13.
Также может быть различной и пористость в различных местах внутреннего корпуса 335 (Фиг.14).
Теплоизолирующий слой 7 может быть нанесен локально ограниченно, например только во внутреннем корпусе 335 в области впуска 333.
Точно так же теплоизолирующий слой 7 может быть нанесен локально только в области облопачивания 366 (Фиг.11).
Под различными корпусами в заявке понимаются корпуса, которые граничат друг с другом в осевом направлении (335 с 336), а не корпусные детали, которые состоят из двух частей (верхняя половина и нижняя половина), как, например, двухчастный корпус в DE-PS 723476, который разделен на две части в радиальном направлении.
Фиг.12 показывает следующий пример выполнения применения теплоизолирующего слоя 7.
Здесь толщина теплоизолирующего слоя 7 в области впуска пара 333 выполнена более толстой, например, по крайней мере на 50% толще, чем в корпусе 366 области облопачивания паровой турбины 300, 303.
За счет толщины теплоизолирующего слоя 7 контролированно регулируется и (через осевую длину) выравнивается ввод тепла и тепловое расширение и тем самым деформационное поведение внутреннего корпуса 335, состоящего из области впуска 333 и корпуса 366 области облопачивания.
Точно так же в области впуска 333 может иметься другой материал, чем в корпусе 366 области облопачивания.
Фиг.13 показывает различные материалы теплоизолирующего слоя 7 в различных корпусах 335, 366 детали 1.
В областях или соответственно корпусах 335, 366 размещен теплоизолирующий слой 7. Однако в области впуска 333 теплоизолирующий слой 8 состоит из первого теплоизолирующего материала, в то время как материал теплоизолирующего слоя 9 в корпусе 366 области облопачивания состоит из второго теплоизолирующего материала.
За счет различного материала для теплоизолирующих слоев 8, 9 достигается различная тепловая изоляция, за счет чего деформационное поведение области 333 и области корпуса 366 регулируется, в частности выравнивается.
Более высокая тепловая изоляция устанавливается там (333), где господствуют более высокие температуры.
Толщина и/или пористость теплоизолирующих слоев 8, 9 может быть одинаковой.
Точно так же, разумеется, на теплоизолирующих слоях 8, 9 может быть расположен эрозионно-защитный слой 13.
Фиг.14 показывает деталь 1 турбины 300, 303, в которой в различных корпусах 335, 366 имеют место различные степени пористости от 20 до 30%.
Так, например, область впуска 333 с теплоизолирующим слоем 8 имеет более высокую пористость, чем теплоизолирующий слой 9 корпуса области облопачивания, за счет чего в области впуска 333 достигается более высокая тепловая изоляция, чем за счет теплоизолирующего слоя 9 в корпусе 366 области облопачивания.
Толщина и материал теплоизолирующих слоев 8, 9 могут быть также различными.
Таким образом, например, посредством пористости различно устанавливается тепловая изоляция теплоизолирующего слоя 7, с помощью чего может регулироваться деформационное поведение различных областей/корпусов 333, 366 детали 1.
Вышеописанный теплоизолирующий слой 7 может точно так же размещаться в подключенных после парогенератора (например, парового котла) трубопроводах (например, канал 46, Фиг.15; область впуска 351, Фиг.8) для транспортировки перегретого пара или других направляющих горячий пар линиях и арматурах, например байпасных линиях, байпасных клапанах или линиях технологического пара электростанции соответственно на их внутренних сторонах.
Дальнейшим предпочтительным применением является покрытие теплоизолирующим слоем 7 направляющих пар компонентов в парогенераторах (паровых котлах) на стороне, которая подвержена горячей среде (дымовой газ или перегретый пар). Примерами для подобных компонент являются коллекторы или участки прямоточного котла, которые не должны служить для нагрева пара или соответственно по другим причинам должны защищаться от воздействия горячих сред.
Кроме того, посредством теплоизолирующего слоя 7 на внешней стороне котла, в частности прямоточного котла, в частности прямоточного водогрейного котла Бенсона, может достигаться изолирующее действие, следствием которого является уменьшение расхода топлива.
Точно так же на теплоизолирующих слоях 8, 9 может быть расположен эрозионно-защитный слой 13.
333
366
С помощью мер согласно Фиг.11, 12 и 13 регулируют осевые зазоры между ротором и статором (корпусом), так как термически обусловленное расширение согласуется несмотря на различные температуры или тепловые коэффициенты расширения (dl≈dl). Разницы температуры существуют также в стационарном состоянии турбины.
Фиг.15 показывает следующий пример выполнения для применения теплоизолирующего слоя 7, а именно корпус клапана 34 клапана 31, в который через впускной канал 46 втекает горячий пар.
Впускной канал 46 обуславливает механическое ослабление корпуса клапана 34.
Клапан 31 состоит, например, из горшкообразного корпуса 34 и крышки или корпуса 37.
Внутри корпусной детали 37 имеется поршень клапана, состоящий из сухаря клапана 40 и стержня клапана 43.
Вследствие ползучести детали получаются неравномерные осевые деформационные поведения корпуса 40 и крышки 37. Корпус клапана 34, как показано штриховой линией, в области канала 46 стал бы расширяться сильнее, так что это приводило бы к опрокидыванию крышки 37 со стержнем 43. В результате этого сухарь клапана 40 больше не сидит правильно, так что плотность клапана 31 снижается. За счет нанесения теплоизолирующего слоя 7 на внутреннюю сторону 49 корпуса 34 достигается выравнивание деформационного поведения, так что оба конца 52, 55 корпуса 34 и крышки 37 расширяются равномерно.
В целом размещение теплоизолирующего слоя 7 служит для того, чтобы контролировать деформационное поведение и обеспечивать тем самым плотность клапана 31.
Фиг.16 показывает статор 58, например корпус 335, 366, 367 турбины 300, 303, и вращающуюся деталь 61 (ротор), в частности лопатку турбины 120, 130, 342, 354.
Диаграмма температура-время T(t) для статора 58 и ротора 61 показывает, например, при остановке турбины 300, 303, что температура Т статора 58 падает быстрее, чем температура ротора 61. За счет этого корпус 58 сжимается сильнее, чем ротор 61, так что корпус 58 приближается к ротору. Поэтому между статором 58 и ротором 61 в холодном состоянии должно иметься соответствующее расстояние d, чтобы в этой фазе эксплуатации предотвратить прикасание ротора 61 к корпусу 58.
В случае большого ротора радиальный зазор при примененных там температурах эксплуатации 600 К составляет порядка 3,0-4,5 мм.
В случае меньших паровых турбин, которые имеют температуры использования 500К, радиальный зазор составляет порядка 2,0-2,5 мм.
В обоих случаях за счет снижения разницы температур на 50К может достигаться уменьшение этого зазора от 0,3 до 0,5 или соответственно до 0,8 мм.
В результате между корпусом 58 и лопаткой турбины 61 может протекать меньше пара, так что коэффициент полезного действия снова повышается.
На Фиг.17 на статор (не вращающуюся деталь) 58 нанесен теплоизолирующий слой 7.
Теплоизолирующий слой 7 вызывает большую тепловую инерционность статора 58 или корпуса 335, который нагревается сильнее или быстрее.
На диаграмме температура-время опять-таки показана временная зависимость температур Т статора 58 и ротора 61. За счет теплоизолирующего слоя 7 на статоре 58 температура статора увеличивается не так быстро и разница между обеими кривыми является меньше. Это позволяет иметь меньший радиальный зазор d7 между ротором 61 и статором 58 также при комнатных температурах, так что коэффициент полезного действия турбины 300, 303 вследствие меньшего зазора при эксплуатации соответственно повышается.
Теплоизолирующий слой 7 может быть нанесен также на ротор 61, то есть, например, на лопатки турбины 342, 354, 357, чтобы достигнуть тот же самый эффект.
Диаграмма расстояние-время показывает, что меньшее расстояние d7 (d7<di<ds), которое не приводит к прикосновению статора 58 и ротора 61, имеется при комнатной температуре RT.
Разницы температуры и связанные с ними изменения зазоров обусловлены нестационарными состояниями (запуск, изменение нагрузки, остановка) паровой турбины 300, 303, в то время как в стационарном режиме не существует никаких проблем с изменениями радиальных расстояний.
Фиг.18 показывает влияние нанесения теплоизолирующего слоя на восстановленную деталь.
Восстановление (Refurbishment) означает, что детали, которые были в эксплуатации, при необходимости, ремонтируют, то есть освобождают их от продуктов коррозии и окисления, а также трещины, при необходимости, детектируют и ремонтируют, например, заполнением припоем.
Каждая деталь 1 имеет определенную продолжительность эксплуатации, пока она не будет повреждена на 100%.
s
s
Если деталь 1, например лопатку турбины или внутренний корпус 335, контролируют в момент времени t и, при необходимости, снова восстанавливают, то достигнута определенная процентная степень повреждения. Временной ход повреждения детали 1 обозначен ссылочной позицией 22. После момента времени обслуживания t кривая повреждения без восстановления проходила бы дальше по штриховой линии 25. Остаточная продолжительность эксплуатации была бы тем самым относительно короткой.
Посредством нанесения теплоизолирующего слоя 7 на поврежденную или микроструктурно измененную деталь 1 продолжительность эксплуатации детали 1 существенно продлевается. Посредством теплоизолирующего слоя 7 ввод тепла и повреждение деталей уменьшается, так что кривая продолжительности эксплуатации проходит дальше по кривой 28. Это прохождение кривой по сравнению с прохождением кривой 25 является значительно более плоским, так что такая снабженная покрытием деталь 1 может использоваться, по крайней мере, еще также долго.
Не в каждом случае должна увеличиваться продолжительность эксплуатации детали, которую контролируют, может иметься в виду также лишь контролирование и выравнивание деформационного поведения корпусных деталей за счет однократного или повторного нанесения теплоизолирующего слоя 7, за счет чего, как выше описано, повышается коэффициент полезного действия посредством регулирования радиальных зазоров между ротором и корпусом, а также осевого зазора между ротором и корпусом.
Поэтому теплоизолирующий слой 7 предпочтительным образом можно наносить также на не подлежащие ремонту детали 1 или корпусные детали.