32. Эрозия лопаток

Основным средством борьбы с эрозийным износом рабочих лопаток турбины является, как указывалось выше, уменьшение влажности пара у₀перед ступенью, увеличение осевого зазора δ_амежду сопловыми и рабочими лолпатками с целью уменьшения ударного воздействия капель влаги, снижение окружной скорости на переферии лопаток; или за счет снижения высоты лолпаток с помощью разделения потоков пара на несколько цилиндров; или за счет снижения числа оборотов турбины. С другой стороны для снижения эрозийного износа необходимо:

1. Применять для лопаток эрозийноустоичивые материалы (для аустенитного класса, нержавеющие стали, титановые сплавы и.т.д.).

2. Устанавливать на входные кромки лопаток накладки из весьма эрозийноустойчивых сплавов, например из стеллита (кобольт 62%, хром 25%, вольфрам 7%).

3. Проводить термическую или электроискровую обрпаботку поверхности лопаток.

4.Применять различные покрытия (никель-борирование, электролитическое хромирование и.т.д.).

Для ориентации при выборе материалов для турбин нужно смотреть «Руководящие технические материалы» РТМ 24.020.15-73, разработанный УКТИ и ХГТЗ.

33. Металлы турбин атомных электростанций

При выборе материалов необходимо учитывать следующие основные особенности работы турбинных установок АЭС:

1. Повышенные требования к надежности.

2. Повышенные требования к сопротивляемости материалов коррозии, щелевой и ударной эрозии.

3. Предотвращения возникновения в одноконтурных установках остаточной гамма – радиации.

1. Щелевой эрозии (размыв поверхности материала детали струей влажного пара, проходящего через щель с большой скоростью) подвергаются цилиндры, обоймы, диафрагмы по плоскостям их размеров

Составление стойкости материалов, рекомендуемых к применению в турбинах АЭС, против щелевой эрозии дается в таблице.

Таблица

Группа стойкости	Балл	Эрозийная стойкость по отношению к ст. 12Х18Н10Т	Материал
Весьма стойкие	1	1,5	Стеллит ВКЗ Титановые сплавы: ВТ5; ТС5
Стоикие	2	0,75 - 1,5	Аустенитные хромоникелевые стали марок: 08Х18Н10Т; 12Х18Н10Т; 12Х18Н10ТЛ; ХН35ВТ; 31Х19Н9МВБТ
	3	0,25 - 0,75	Мартенентостареющая нержавеющая сталь марки ЭП410У-Ш. Хромистые нержавеющие стали: 08Х13; 12Х13; 20Х13; 30Х13; 40Х13; 12Х13Л; 20Х13Л; 15Х11МФ; 15Х12ВНМФ
Пониженной стоикости	4	0,15 - 0,25	Кованные легированные перлитные стали, содержащие 1 – 3% хрома, термически обработанные на КП-50 ÷ КП-75 (по теории прочности: 35Х; 40Х; 30ХМА; 35ХМ; 25Х1МФ; 25Х2М1Ф; 20Х1М1Ф1ТР; 32ХМ1А; 34ХН1МА; 34ХН3МА).
	5	0,05 – 0,15	Кованные и литые перлитные стали, содержащие 1-2% хрома, термически обработанные на КП-25 ÷ КП-50: 15ХМ; 20ХМ; 20ХМЛ; 15Х1МФ и.т.д. и их сварные соединения

2 Ударной эрозии подвергаются рабочие лопатки, бандажи, демферные связи последних ступеней турбин. Интенсивность эрозийного износа зависит от влажности пара, размера капель и скорости их соударения с поверхностью детали.

Стойкость конструкционных материалов против ударной эрозии.

Таблица

Балл статности	НВ более	Материалы
1	400	Твердые сплавы типа стеллит
2	400	Хромистая нержавеющая сталь марок 15Х11МФ, 20Х12ВНМФ в закаленном виде
3	280	Титановый высокопрочный сплав ТС-5
	360	Мартенентостареющая нержавеющая сталь марки ЭП41ОУ-Ш
4	240	Титановый сплав ВТ-5
5	320	Хромистые нержавеющие стали, термообработанные на КП 50-70: 15Х11МФ, 20Х12ВНМФ, 20Х13
	150	Аустенитная хромоникелевая нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т

Для лопаток большинства ступеней, кроме последних, а также для бандажей и демпферных связей можно применять материалы, имеющие балл стойкости 3-5.

Выходные кромки лопаток последних ступеней даже защищенные наиболее стойкими материалами (балл 1-2), все же подвергают некоторому эрозийному разрушению, особенно в начальный период работы турбины.

3 Остаточная радиация

Возникновение остаточной реакции в турбине и других агрегатах машинного зала в основном является следствием отложения в них продуктов коррозии, содержащих радиактивные изотопы: Cr⁵¹,Mn⁵⁹,Co⁵⁸,Fe⁵⁹,Zn⁶⁵,Co⁶⁰. Наибольшую биологическую опасность представляют долгоживущие изотопы, в первую очередь Со⁶⁰и в значительно меньшей степениZn⁶⁵.

Источником Со⁶⁰могут являться твердые сплавы на кобольтовой основе. Применение таких сплавов в одноконтурных установках не рекомендуется.

Кроме того, источником кобольта могут являться так же стали, легированные никелем. В сталях, содержащих до 30% никеля государственными стандартами предусмотрено содержание кобальта менее 0,05%. Но для этого при производстве стали необходимо применять чистый никель марок Н-О, Н-1У, Н-1 и т.д.

При использовании никелевых сталей в одноконтурных установках необходимо проведение контроля на содержание кобольта, особенно в томслучае, если коррозионная стойкость этих сталей мала.

В одноконтурных установках применение сплавов, содержащих цинк, должно быть сведено к минимуму.

Качество радиоактивных отложений определяется интенсивностью коррозийного воздействия воды на металл оборудования, входящего в контур.

Как показывает практика, в общей радиоактивности доля отложений материала с поверхностей, расположенных вне активной зоны, составляет около 10%.

Количество металла, превращающегося в течении 10⁵часов в продукты коррозии в воду, содержащей кислород, показано на рисунке.

а – углеродистые и низколегированные стали (до 5% хрома)

б – хромистые нержавеющие стали (Ст > 11%)

в – нержавеющие аустенитные хромоникелевые стали (Ст > 15%; Ni> 8%)

При расчетах на радиоактивность количество продуктов коррозии, уносимых водой, следует принимать равным 50% от их общего количества.