РАБОЧАЯ ЛОПАТКА ДЛЯ ПОСЛЕДНИХ СТУПЕНЕЙ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Предлагаемое техническое решение относится к области энергетического машиностроения и посвящено повышению надежности работы рабочих лопаток последних ступеней конденсационных турбин во влажно-паровой среде.
Суть проблемы состоит в том, что для последних ступеней конденсационных турбин рабочей средой является двухфазный влажный пар, степень влажности которого достигает 8-10% (А.В. Щегляев «Паровые турбины» ГЭИ М. 1955).
При этом следует иметь ввиду и то обстоятельство, что окружные скорости у периферии лопаток достигают 660 м/с (лопатки длиной 1200 мм), а у проектируемой лопатки l=1388 мм эта скорость равна 828 м/с, что примерно в 2 раза превышает скорость звука (А.Г. Костюк, В.Г. Грибин, А.Д. Трухний «Концепция паровых турбин нового поколения для угольной энергетики России» Теплоэнергетика №12 2010 с. 23-31).
При таких скоростях соударения с распыленной в паровой среде жидкой фазой неизбежно возникает эрозийный износ верхних частей лопаток последних ступеней конденсационных турбин.
Для защиты опасных в эрозийном отношении частей указанных лопаток используют, обычно, различные способы уплотнения поверхностного слоя этих лопаток, эрозионно стойкие покрытия или традиционные накладки из стеллита.
Известен способ упрочнения поверхности рабочей лопатки паровой турбины с использованием защитных накладок (Патент RU №2318121, опубл. 27.02.2008 г.), при котором на поверхность рабочей лопатки, подвергаемую эрозионному воздействию, нанесено покрытие из эрозионно-стойкого материала поверх накладок и прилегающей к ним пограничной зоны поверхности лопатки, поверхность каждой накладки подвергают наклепу.
Основной недостаток всех способов защиты рабочих лопаток последних ступеней конденсационных турбин (в том числе и прототипа) от капельной эрозии состоит в том, что они не снижают силу соударения капель влаги с поверхностью лопатки, а за счет большей стойкости поверхностного слоя лопаток к этим соударениям только сдвигают по времени начало активной фазы эрозийного разрушения основного материала рабочих лопаток. При использовании стеллитовых накладок приходится учитывать и фактор различных коэффициентов расширения стеллита и материала лопаток. Кроме того, в процессе эксплуатации наблюдались случаи отрыва стеллитовых накладок от тела лопаток.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в повышении эффективности защиты лопаток последних ступеней конденсационных турбин от капельной эрозии.
Поставленная задача решается тем, что в известной рабочей лопатке для последних ступеней конденсационных паровых турбин, содержащей хвостовик, соединяющий лопатку с рабочим диском турбины и профилированное перо лопатки, снабженное защитной вставкой, расположенной на подвергаемой эрозионному воздействию поверхности рабочей лопатки, согласно полезной модели, защитная вставка выполнена из демпфирующего материала и расположенная на эрозийно опасной поверхности пера лопатки, образует единое целое с поверхностью лопатки, а внешняя, обтекаемая паром поверхность этой вставки выполнена идентичной заменяемой части профиля лопатки.
Кроме того, защитная вставка может быть выполнена из углепластика.
Кроме того, защитная вставка может быть выполнена выполнена из полимера.
На рисунке изображена лопатка 1, содержащая хвостовик 2, обеспечивающий ее соединение с рабочим диском 3 турбины. Профилированное перо лопатки снабжено вставкой 4 из полимерного материала или углепластика, которая образует с пером лопатки единую конструкцию, а ее обтекаемая поверхность является частью профиля лопатки, образующей единое целое с поверхностью лопатки, а внешняя, обтекаемая паром поверхность этой вставки выполнена идентичной заменяющей части профиля лопатки.
В предлагаемом техническом решении, касающемся защиты лопаток последних ступеней конденсационных турбин от капельной эрозии используется принципиально другая идеология защиты рассматриваемых лопаток. Ее суть состоит в том, чтобы не увеличивать твердость поверхностей в местах взаимодействия влажного пара с лопатками, а использовать покрытие, способное демпфировать силу удара капель влаги об обтекаемую поверхность. Для этой цели полностью подходит пластиковое покрытие или любое другое покрытие, обладающее способностью к сравнительно легкой деформации поверхности, воспринимающей динамические нагрузки от соударения с каплями влаги. При этом, желательно, чтобы поверхность, используемая для демпфирования ударных нагрузок, и материал по уровню шероховатости не сильно отличался от шероховатости поверхностного слоя лопатки.
Таким образом, вместо эрозионно-стойких покрытий и стеллитовых накладок на эрозийно опасных поверхностях рабочих лопаток последних ступеней паровых конденсационных турбин предлагается использовать вставки или покрытия из легко демпфируемых полимерных или углепластиковых материалов.