Понятие, виды эрозии. Влияние эрозии на надежность и экономичность турбин. Классификация эрозионных процессов
Капли влаги, которые движутся вместе с потоком пара, оказывают силовое воздействие на поверхность лопаточного аппарата, вызывая разрушение – эрозию.
Различают следующие виды эрозии:
Физическая – обусловлена только силовым воздействием капель влаги.
Химическая – обусловлена силовым воздействием капель влаги при наличии в ней химически-активных веществ.
Различают, в свою очередь, следующие виды физической эрозии:
Абразивная эрозия – связана с наличием в потоке твердых частиц, например, продуктов коррозии (наблюдается в ПГ ТЭС).
Влажно-паровая эрозия, которая связана с воздействием влажного пара. Подразделяется на:
Ударную эрозию,
Кавитационную и
Щелевую.
Последние виды эрозии протекают одновременно.
Ударная эрозия
Ударная эрозия
Ударная эрозия является наиболее опасной.
Капля влаги, ударяясь о поверхность, передает ей импульс массы. Импульс передается на малой площади, поэтому местные напряжения могут достигать предела текучести. Появляется местная пластическая деформация – поверхностный наклеп.
Напряжения меньше предела текучести вызывают усталостное поверхностное разрушение.
Кроме того, при ударе кинетическая энергия капли преобразуется в тепловую энергию. Происходит точечное повышение температуры, вскипание жидкости и последующая ее конденсация, т. е. гидроудар.
При длительном воздействии капель влаги на поверхности образуются микротрещины, которые с течением времени объединяются в более крупные, магистральные, трещины.
Магистральные трещины являются концентраторами напряжений, местные напряжения возрастают, что приводит к увеличению скорости разрушения.
Наибольший износ наблюдается на периферии входных кромок сопловых и рабочих лопаток со стороны спинки.
Интенсивность эрозии увеличивается с увеличением влажности и при влажности (12÷15)% достигает максимума.
Пример 1: Напряжение достигает – 420 МПа,
время
удара -
Пример 2:
Капля
влаги
,
движущаяся со скоростью
,
выбивает на поверхности алюминия каверну
глубиной
и диаметром
.
При определенных условиях разрушается даже легированная сталь.
Кавитационная эрозия. Щелевая эрозия. Эрозионно-коррозионный износ
Кавитационная эрозия наблюдается при схлопывании или конденсации пузырьков пара.
Возникает мощный гидравлический удар.
Если конденсация происходит у поверхности, то это приводит к разрушению металла.
Щелевая эрозия. Струйный размыв.
Возникает при наличии коррозионно-агрессивной среды.
Износ наблюдается в местах зазоров при наличии разности давлений по обе стороны зазора или щели.
Другое название – эрозионно-коррозионный износ (ЭКИ).
Причиной появления зазоров являются:
дефекты сборки и монтажа,
разуплотнение разъемов при эксплуатации,
коррозионное разрушение разъемов.
Развитие ЭКИ зависит от электрохимических процессов при контакте потока с поверхностью.
На поверхности металла образуются микро ячейки анодных и катодных участков. Образуются электрохимические пары: металл либо теряет ионы, либо присоединяет их.
Скорость процесса определяется уровнем общего электрического тока.
В некоторых случаях, в результате ЭКИ образуется поверхностная окисная пленка, обладающая защитными свойствами. Такой процесс называется пассивацией.
Наиболее вероятные места ЭКИ – стыки и разъемы неподвижных деталей:
ПГ, СПП, запорно-регулирующая арматура,
стык диафрагм в турбине,
лабиринтные уплотнения,
фланцевые соединения и т. п.
Для снижения воздействия ЭКИ необходимо строго соблюдать водно-химический режим..
Рекомендуется применять высокохромистые стали, следить за плотностью стоков, отдельные участки деталей защищаются эрозионно-стойкими наплавками.
Классификация методов защиты от эрозии