Ремонт лопаток паровых турбины

скачать отзыв

скачать отзыв
смотреть приложение (ротор турбины ТЭС «Альхолма» с упрочненными лопатками)

Традиционно упрочнение рабочих лопаток паровых турбин из сталей типа 20Х13, 15Х11МФ проводят припайкой на входную кромку стеллитовых (WC) пластин или нанесением высокотвердых покрытий в воздушной атмосфере. Вместе с этим, такие методы является неэффективными, что подтверждено многими научными центрами России. Припайка пластин не решает проблемы эрозионного износа и при этом значительно ухудшает аэродинамические свойства лопаточного аппарата и КПД турбины. Нанесение покрытий на воздухе (сверхзвуковое и детонационное напыление) характеризуется низкой адгезионной прочностью и выносливостью (рис. 1) из-за возникновения окисных пленок.

Для решения задачи упрочнения и повышения эксплуатационных свойств рабочих лопаток паровых турбин наше предприятие успешно использует комбинированную вакуумную ионно-плазменную обработку. Обработка включает в себя ионную очистку поверхности от окисных пленок, ионную имплантацию поверхности с последующим нанесением многослойного вакуумно-плазменного покрытия высокотвердых нитридных соединений: Ti-TiN, Zr-ZrN. Все операции проводят в одном вакуумном объеме.

Предлагаемая технология ионно-плазменного упрочнения поверхности, обеспечивает повышение:

сопротивления капельной эрозии от 1,35-1,71 раза,

коррозионной стойкости 2-3 раза,

предела выносливости (при нормальных условиях) на 9,4 %

предела выносливости (в коррозионной среде) на 38,9 %

фреттинг-стойкости до 4 раз для титановых сплавов ВТ6, ТС5;

Для реализации этих технологий изготовлено уникальное оборудование, позволяющее проводить упрочнение лопаток габаритом до 1700 мм путем нанесения на их поверхность многослойного высокопрочного покрытия на основе нитрида титана (TiN).

В технологическом процессе упрочнения лопаток использованы такие высокоэффективные методы обработки как электролитно-плазменное полирование (ЭПП), позволяющее повысить класс чистоты поверхности до 12 класса шероховатости, 0,025-0,05 Ra и ультразвуковая обработка поверхности (УЗО).

Разработанные технологии апробированы и внедрены на ведущих предприятиях России:

Уфимском моторостроительном производственном объединении (ОАО «УМПО»), г. Уфа

Государственном научно-производственном предприятии «Мотор», г. Уфа

Ленинградском металлическом заводе (ОАО «ЛМЗ») и Заводе турбинных лопаток (ОАО «ЗТЛ») ОАО «Силовые машины» г. С.-Пб для ТЭЦ «Альхолма» (Финляндия) и «Тянь-Вань» (Китай), Бушер (Иран), Костромская ГРЭС (Россия), ТЭС «Сипат» (Индия) и др.

450108, Башкортостан, г. Уфа, ул. Сельская Богородская, 2
тел./факс: (3472) 912-271, 00-1482
E-mail: ion_usatu@mail.rb.ru

Источник

Ремонт лопаток паровых турбины

ИНСТРУКЦИЯ
О ПОРЯДКЕ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАБОЧИХ ЛОПАТОК
ПАРОВЫХ ТУРБИН В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА

Настоящая Инструкция СО 153-34.17.462-2003 распространяется на рабочие лопатки паровых турбин, установленных на тепловых электростанциях, и определяет порядок оценки работоспособности лопаток на стадиях их изготовления, эксплуатации и ремонта.

Термины и определения, применяемые в настоящей Инструкции, приведены в приложении 1.

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Настоящая Инструкция определяет работы, их объем и последовательность проведения для оценки работоспособности рабочих лопаток паровых турбин на стадиях изготовления, эксплуатации и ремонта, методы диагностики состояния металла, критерии работоспособности и ремонтопригодности лопаток.

1.2 Новые конструкции, материалы, технологии изготовления и ремонта рабочих лопаток, методы их диагностики и защитные покрытия могут быть внедрены на электростанциях на основании положительного заключения специализированной организации.

2 ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РАБОЧИХ ЛОПАТОК НА СТАДИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

2.1 Требования к материалу лопаток

2.1.1 Рабочие лопатки изготавливают по нормативным документам, указанным в чертежах завода-изготовителя турбины или организации-проектировщика, проводящей модернизацию турбины.

2.1.2 Лопатки паровых турбин изготавливаются из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей основного и ограниченного применения.

К материалам основного применения относятся стали, широко опробованные в эксплуатации и использующиеся для изготовления серийного оборудования.

К материалам ограниченного применения относятся:

— перспективные стали, широкое использование которых требует накопления опыта эксплуатации изделий из них;

— стали, не рекомендуемые к применению при новом проектировании и используемые для имеющихся на предприятиях задела и фондов.

Использование сталей других марок допускается до накопления опыта их эксплуатации только в качестве материалов ограниченного применения.

2.1.3 Для рабочих лопаток применяют следующие марки стали основного применения: 12Х13-Ш (КП45), 20Х13-Ш (КП50, КП60), 15X11МФ-Ш (КП60, КП70), 18Х11МНФБ-Ш (КП60, КП65, КП70), 13Х11Н2В2МФ-Ш (КП70), 20Х12ВНМФ-Ш (КП60, КП70).

Допускается использование следующих марок стали ограниченного применения: 12X13 (КП55), 13Х11Н2В2МФ-Ш (КП75), 15Х12ВНМФ-Ш (КП60, КП70).

В качестве материала лопаток, работающих во влажном паре, по согласованию с заводом-изготовителем турбины допускается использование титановых сплавов.

2.1.4 Требования к химическому составу и механическим свойствам лопаточных сталей приведены в приложениях 2 и 3 соответственно.

2.2 Перечень нормативных документов на изготовление рабочих лопаток

2.2.1 На заводе-изготовителе на каждый комплект рабочих лопаток оформляется внутренний паспорт. В пределах комплекта лопатки пронумеровываются. Форма паспорта (сертификата качества) разрабатывается предприятием-изготовителем.

В паспорт комплекта заносятся:

— сертификат материала лопаток и комплектующих;

— нумерация лопаток в технологическом процессе;

— результаты контроля, проведенного в процессе изготовления, с указанием отклонений от чертежа, согласованных с конструкторской службой предприятия-изготовителя лопаток;

— заключение о соответствии собственных частот нормативным;

— результаты сдаточного контроля;

— заключение технического контроля о соответствии лопаток требованиям чертежей;

— порядок расстановки лопаток на колесе по результатам развески (если оговорено требованиями чертежа).

Лопатки, работающие в зоне фазового перехода и части низкого давления, сохраняют технологическую нумерацию и при передаче заказчику.

2.2.2 Рабочий чертеж лопатки содержит:

— требования к марке и категории прочности материала (с указанием соответствующих стандартов и технических условий);

— геометрические размеры, допуски и предельные отклонения. Базовые поверхности для исполнения и контроля геометрических размеров;

— требования к шероховатости поверхностей;

— требования к упрочнению и покрытиям;

— номера чертежей профилей рабочей и хвостовой частей;

— указание контрольных сечений;

— требования к сварочным операциям;

— требования к контролю (сплошности материала неразрушающими методами, измерениям геометрических размеров, вибрационному и др.).

2.2.3 Чертежи профилей рабочей части представляют собой теоретические чертежи, содержащие геометрические размеры профилей в контрольных сечениях с указанием их координат и предельных отклонений.

2.2.4 Чертеж «Профиль хвостовика и гребня» содержит геометрические размеры хвостовика, гребня, схему сопряжения и предельные отклонения.

2.2.5 Чертеж «Лопатка рабочая с защитными пластинами» содержит требования к установке защитных пластин: по подготовке поверхности, условиям прилегания пластин к поверхности и друг к другу, количеству пластин, способу их крепления, по выполнению сварных швов (в случае приварки пластин).

Примечание — Допускается совмещение чертежей по пп.2.2.2-2.2.5.

2.2.6 Описание технологического процесса изготовления лопаток включает в себя:

— последовательность исполнения технологических операций;

— перечень используемых станков, инструментов, приспособлений и материалов;

— контрольные операции, проведенные в процессе изготовления, со ссылками на инструкции, контрольные приспособления, измерительные устройства.

2.2.7 Описание технологического процесса термообработки заготовок составляется предприятием, изготавливающим лопатки, в соответствии с требованиями, установленными заводом-изготовителем турбины к качеству рабочих лопаток.

2.2.8 Описание технологического процесса крепления защитных пластин должно содержать:

— требование к режимам пайки или сварки;

— требования к подготовительным операциям;

— порядок выполнения работ;

— перечень используемых оборудования, инструментов и материалов;

— список контрольных операций.

2.2.9 Инструкция на проведение вибрационных испытаний содержит методику, перечень используемых приспособлений и приборов, объем контроля (какие формы колебаний контролируются) конкретной ступени, разрешенные частоты и допустимый их разброс в процентах в пределах одного комплекта, указания по допустимому изменению фактической геометрии лопаток в случае отклонения собственных частот за пределы разрешенного интервала.

2.2.10 Описание технологического процесса сварки пакетов с указанием допустимых отклонений и методов их выявлений.

2.2.11 Инструкции по проведению контроля.

2.2.12 Инструкции по консервации, упаковке и хранению.

2.2.13 Инструкция по моментной развеске и расстановке лопаток на колесе.

2.3 Документы, передаваемые электростанции с комплектом лопаток и комплектующими деталями на запчасти

2.3.1 Комплект лопаток и комплектующие детали, поступающие на электростанцию, сопровождаются сертификатом (копией), имеющим номер, в котором указываются:

— номенклатура лопаток и комплектующих;

— номера чертежей, по которым изготовлены лопатки и комплектующие (при необходимости соответствующие им номера чертежей завода-изготовителя);

— марка стали и категория прочности материала лопаток и комплектующих;

— заключение технического контроля о соответствии комплекта лопаток и комплектующих требованиям чертежа;

— гарантийные обязательства завода-изготовителя лопаток.

2.3.2 Перечень технологических номеров лопаток, вошедших в данный комплект и (при необходимости) порядок расстановки лопаток на колесе по развеске.

2.3.3 Указание (при необходимости) о проведении дополнительного вибрационного контроля.

2.3.4 Сведения об отклонениях, допущенных при изготовлении, и рекомендации по сборке в связи с этими отклонениями (при необходимости).

2.3.5 Если лопатки поставляются из резервного фонда электростанции, энергосистемы или обменного фонда специализированной ремонтной организации и документы завода-изготовителя на них отсутствуют, поставщик устанавливает соответствие лопаток требованию чертежа предприятия-изготовителя лопаток и выдает документацию (по п.2.3.1).

2.4 Требования к входному контролю

2.4.1 На электростанции оценивается качество новых лопаток (входной контроль), поступивших в виде запасных частей для установки на ротор в условиях электростанции. Контроль качества лопаток осуществляет предприятие, производящее облопачивание ротора.

Если ремонт ротора, включающий его облопачивание, осуществляется вне электростанции, контроль качества лопаток выполняет предприятие, проводящее ремонт.

При облопачивании ротора на предприятии-изготовителе турбины контроль качества производится в соответствии с внутренним регламентом предприятия.

2.4.2 Если облопачивание ротора выполняет предприятие, являющееся одновременно изготовителем лопаток, то контроль качества их изготовления проводится в соответствии с внутренним регламентом по технической документации, предусмотренной технологическим процессом (п.2.2).

2.4.3 Если облопачивание ротора выполняет предприятие, не являющееся изготовителем лопаток, то при входном контроле:

— проверяются комплектность и правильность оформления переданной документации;

— проверяется наличие клейм на всех лопатках;

— выполняется визуальный осмотр 100% лопаток (выявление наличия механических повреждений и нарушения качества поверхности).

2.4.4 Если лопатки поставляются из резервного фонда электростанции или энергосистемы и документы завода-изготовителя на них отсутствуют, оформляется акт идентификации лопаток с участием завода-изготовителя турбин.

2.5 Нормы оценки качества вновь изготовленных лопаток

2.5.1 Вновь изготовленные лопатки должны соответствовать чертежам предприятия-разработчика лопаток.

2.5.2 На входных и выходных кромках лопаток, на кромках отверстий под скрепляющую проволоку, на поверхности в нижней трети пера должны отсутствовать механические забоины, а также риски, волосовины и другие протяженные дефекты глубиной 0,5 мм и более.

На остальной поверхности пера и хвостовика глубина механических забоин и протяженных дефектов не должна превышать 1 мм.

2.5.3 На поверхности лопаток должны отсутствовать коррозионные повреждения (связанные, например, с нарушениями правил транспортировки и хранения лопаток).

2.5.4 Решение о возможности эксплуатации лопаток с отступлениями от требований пп.2.5.1-2.5.3 принимает предприятие-изготовитель лопаток и при необходимости согласовывает его с заводом-изготовителем турбины и (или) предприятием-разработчиком лопаток.

Источник

Способ восстановления лопаток паровых турбин

Способ может быть использован при ремонте лопаток паровых турбин с поврежденными кромками

После удаления изношенного участка производят наплавку в импульсном режиме металлом, более пластичным, чем материал лопатки. Затем осуществляют приварку защитных накладок двумя швами, один из которых накладывают на основной материал лопатки, а другой — на наплавленный металл. Наплавляемый металл имеет высокую трещиностойкость и температуру плавления меньше температуры плавления основного материала лопатки. После наплавки и после приварки защитных накладок проводят термическую обработку с помощью теплоизолирующего кожуха. На восстановленную лопатку наносят плазменное покрытие оксикарбида кремния. Способ обеспечивает снижение неоднородности структурно-фазового состава материала восстановленной лопатки, уменьшение растягивающих остаточных напряжений, что приводит к повышению трещиностойкости, коррозионной и эрозионной стойкости лопатки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил, 1 табл.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть применено для восстановления лопаток паровых турбин с поврежденными кромками.

В процессе эксплуатации лопатки паровых турбин испытывают воздействие различных разрушающих факторов, в частности соударения с каплями воды, влияние коррозионной среды, знакопеременные циклические нагрузки. В результате лопатки паровых турбин подвергаются различным повреждениям, в частности эрозии, коррозии, усталостному разрушению. [Рыженков В.А. Состояние проблемы и пути повышения износостойкости энергетического оборудования ТЭС // Теплоэнергетика. — 2000. — №6. — С.20-21. Пряхин. В.В., Поваров О.А., Рыженков В.А. Проблемы эрозии турбинных рабочих лопаток // Теплоэнергетика. — 1984. — №10. — С.25.

Замена поврежденных лопаток паровых турбин является трудоемким и дорогостоящим мероприятием, так как требует снятия их с ротора, приобретения новых лопаток, установки их на ротор и проч. [Гонсеровский Ф.Г. Семнадцатилетний опыт эксплуатации лопаток паровых турбин после ремонта с применением сварки // Теплоэнергетика. — 2000. — №4. — С.39. Гонсеровский Ф.Г., Силевич В.М. Технико-экономическое обоснование способа ремонта эрозионно-изношенных паротурбинных лопаток в условиях электростанций // Тяжелое машиностроение. — 2001. — №9. — С.21-22]. В связи с этим разработка новых способов, сокращающих трудоемкость и стоимость восстановления поврежденных лопаток паровых турбин, является актуальной задачей.

Основными требованиями, предъявляемыми к лопаткам паровых турбин после восстановления, является соответствие их геометрических и размерных параметров требованиям чертежей, высокий уровень механических и эксплуатационных свойств (прочности, твердости, сопротивления усталости, фреттинг-стойкости, эрозионной, коррозионной и трещиностойкости).

Известен способ ремонта рабочей лопатки паровой турбины [а.с. СССР №1278469 F 01 D 25/28. Опубл. 23.12.1986]. При ремонте лопатки по этому способу на место изношенного участка кромки приваривается пластина.

Недостатком этого способа ремонта является сложность изготовления и приварки пластины, а также высокий уровень растягивающих остаточных напряжений, возникающих после приварки пластины и приварки защитных накладок.

Известен способ восстановления турбинных лопаток [ЕР 0558053 F 01 D 5/00. Опубл. 01.09.1993], включающий удаление поврежденного материала, наплавку восстанавливаемого участка, термическую обработку для снятия остаточных напряжений, механическую обработку лопатки.

Недостатком этого способа является применение разнородных материалов для наплавки, что с одной стороны обеспечивает сочетание пластичности наплавленного материала и высокой твердости его поверхности, но в то же время приводит к формированию гетерофазной слоистой структуры, что снижает коррозионную стойкость [Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. — М.: Металлургия, 1968. — С.197-201].

Известен способ восстановления рабочих лопаток паровых турбин [Технология ремонта рабочих лопаток паровых турбин / Хромченко Ф.А., Лаппа В.А., Федина И.В. и др. // Тяжелое машиностроение. — 1999. — №8. — С.17. Попов В.А. Восстановление оборудования ТЭС наплавкой и напылением. — Тверь: Центр подготовки персонала OOO Тверьэнерго, 2000. С.241-243], включающий снятие лопаток с ротора, удаление защитных накладок, механическое удаление поврежденного участка кромки, многослойную наплавку восстанавливаемого участка кромки, печную термическую обработку, механическую обработку лопатки и приварку стеллитовых защитных пластин.

Недостатками этого способа являются необходимость снятия лопаток с ротора, необходимость проведения печной термической обработки после наплавки, что усложняет и удорожает работу. Также недостатком этого способа является отсутствие термической обработки после приварки защитных накладок, в результате чего в материале лопатки сохраняется высокая неоднородность структурно-фазового состава и высокий уровень растягивающих остаточных напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ ремонта лопаток паровых турбин [Гонсеровский Ф.Г. Упрочнение и ремонт стальных паротурбинных лопаток после эрозионного износа // Электрические станции. — 1988. — №8. — С.38], включающий механическое удаление изношенной кромки, наплавку восстанавливаемого участка, механическую обработку лопатки, приварку защитных накладок.

Основными недостатками этого способа являются возникновение при наплавке и сварке в зоне термического влияния высоких растягивающих — остаточных напряжений и высокая неоднородность структурно-фазового состава материала восстановленной лопатки. Растягивающие остаточные напряжения снижают сопротивление усталости материала, а структурно-фазовая неоднородность материала снижает его коррозионную стойкость, так как сочетание участков с различным электродным потенциалом образует множество микрогальванопар.

Техническим результатом предлагаемого способа является снижение неоднородности структурно-фазового состава материала восстановленной лопатки, уменьшение растягивающих остаточных напряжений, повышение трещиностойкости, предела выносливости, коррозионной и эрозионной стойкости восстановленной лопатки, повышение технологичности и снижение стоимости процесса восстановления лопатки.

Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что в способе восстановления лопаток паровых турбин, включающем удаление защитных накладок и изношенного участка лопатки, многослойную наплавку восстанавливаемого участка, механическую обработку лопатки, приварку защитных накладок, в отличие от прототипа, наплавку производят в импульсном режиме.

Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления лопаток паровых турбин, включающем удаление защитных накладок и изношенного участка лопатки, многослойную наплавку восстанавливаемого участка, механическую обработку лопатки, приварку защитных накладок, в отличие от прототипа, в качестве наплавляемого материала используют пластичный металл с высокой трещиностойкостью и температурой плавления, меньшей температуры плавления основного материала лопатки.

Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления лопаток паровых турбин, включающем удаление защитных накладок и изношенного участка лопатки, многослойную наплавку восстанавливаемого участка, механическую обработку лопатки, приварку защитных накладок, в отличие от прототипа, при приварке защитных накладок один из швов накладывают на основной материал лопатки, а другой — на наплавленный материал.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе восстановления лопаток паровых турбин, включающем удаление защитных накладок и изношенного участка лопатки, многослойную наплавку восстанавливаемого участка, механическую обработку лопатки, приварку защитных накладок, в отличие от прототипа, после наплавки и после приварки защитных пластин проводят термическую обработку путем наложения на нагретую при наплавке или приварке лопатку теплоизолирующего кожуха и выдерживания лопатки в нем до полного ее остывания.

Далее, технический результат достигается тем, что в способе восстановления лопаток паровых турбин, включающем удаление защитных накладок и изношенного участка лопатки, многослойную наплавку восстанавливаемого участка, механическую обработку лопатки, приварку защитных накладок, в отличие от прототипа, на лопатку наносят плазменное покрытие оксикарбида кремния (SixCyOz) [Соснин Н.А., Тополянский П.А., Вичик Б.Л. Плазменные покрытия (технология и оборудование). — СПб.: О-во “Знание” России, СПбО, ДНТП, 1992. — С.16-20] по режиму: ток дуги Iдуги=100-120 А, рабочее напряжение Upaб=30-50 В, расход кремнесодержащей жидкости Q=2 мл/мин, плазмообразующий газ — аргон.

Достижение технического результата объясняется следующим.

Наплавку в предлагаемом способе производят в импульсном режиме, что уменьшает количество теплоты, вводимой в лопатку, и сокращает время пребывания лопатки при повышенной температуре. Применение импульсного режима позволяет получить мелкозернистую структуру наплавленного металла за счет улучшения условий его кристаллизации [Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н., Ленивкин В.А. Оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — С.8] и, как следствие, более высокую его прочность, твердость и эрозионную стойкость.

Восстановленные лопатки в процессе эксплуатации подвергаются знакопеременным деформациям, в результате чего в наплавленном материале возникают различные структурные дефекты, микротрещины, приводящие к усталостному разрушению лопатки. С целью повышения стойкости восстановленных лопаток к образованию трещин в предлагаемом способе в качестве наплавляемого материала используют пластичный металл с высокой трещиностойкостью и температурой плавления, меньшей температуры плавления основного материала лопатки. Такие свойства наплавляемого материала создают условия для заполнения (т.н. “залечивания”) возникающих микродефектов, а также предотвращают возникновение холодных трещин [Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение, 1974. С.543-544].

В предлагаемом способе при приварке защитных накладок один из швов накладывают на основной материал лопатки, а другой — на наплавленный материал. Это позволяет снизить остаточные напряжения в сварном соединении за счет их релаксации в более пластичном наплавленном материале.

При восстановлении лопаток паровых турбин наплавкой необходимо проводить послесварочную термическую обработку для снижения структурно-фазовой неоднородности материала восстановленной лопатки, уменьшения растягивающих остаточных напряжений, и предотвращения коробления. Печная термическая обработка усложняет и удорожает процесс восстановления лопатки. В предлагаемом способе термическая обработка проводится за счет тепла, накопленного материалом лопатки в ходе выполнения наплавки и приварки защитных пластин. Для этого сразу после выполнения наплавки, а также сразу после приварки защитных пластин на лопатку накладывают теплоизолирующий кожух, например асбестовый или керамический, и выдерживают лопатку в нем до полного ее остывания. При этом за счет снижения скорости охлаждения лопатки происходит релаксация остаточных напряжений. Такой способ термической обработки позволяет проводить термическую обработку лопаток паровых турбин без их снятия с ротора. Это значительно повышает технологичность и снижает стоимость процесса восстановления.

Последующее нанесение плазменного покрытия оксикарбида кремния увеличивает эрозионную стойкость материала лопатки за счет увеличения твердости ее поверхности и предел выносливости восстановленной лопатки за счет создания в ее поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений [Соснин Н.А., Тополянский П.А., Вичик Б.Л. Плазменные покрытия (технология и оборудование). — СПб.: О-во “Знание” России, СПбО, ДНТП, 1992. — С.18-19].

Существо изобретения поясняется чертежом. На фиг.1а показана изношенная лопатка 1 паровой турбины (поперечное сечение); на фиг.1б показана та же лопатка после удаления изношенной кромки, прикрепления медной пластины 2, наплавки оплавляющего валика 3 и валиков 4; на фиг.1в показана та же лопатка после наплавки подварочного валика 5; на фиг.1г показана та же лопатка с наложенным на нее теплоизолирующим кожухом 6; на фиг.1д показана та же лопатка после механической обработки пера; на фиг.1е показана та же лопатка после приварки защитной накладки 7 швами 8 и 9; на фиг.1ж показана та же лопатка с приваренной защитной накладкой и наложенным на нее теплоизолирующим кожухом; на фиг.1з показана та же лопатка после восстановления по предлагаемому способу.

Восстановление лопатки паровой турбины по описываемому способу осуществляют следующим образом. Подлежащую восстановлению лопатку 1 подвергают входному контролю для выявления дефектов, затем удаляют с нее защитные накладки и весь поврежденный материал кромки. После этого выполняют подготовку восстанавливаемых участков лопатки путем механической обработки для последующей наплавки, после чего проводят контроль на отсутствие дефектов.
Далее к лопатке 1 прикрепляют медную пластину 2 для формирования профиля пера лопатки. Затем производят наплавку восстанавливаемых участков лопатки в импульсном режиме. Наплавку осуществляют наложением валиков, при этом первый валик 3 наплавляют без использования присадочной проволоки, оплавляя основной материал лопатки, последующие валики 4 наплавляют с присадочной проволокой.

Наплавку валиков ведут до достижения восстанавливаемыми участками размеров, достаточных для формирования профиля пера лопатки с припуском 1-2 мм для последующей механической обработки. После этого снимают медную пластину и наплавляют подварочный валик 5.

Сразу после наплавки на лопатку 1 накладывают теплоизолирующий кожух 6 и выдерживают ее в нем до полного остывания.

Затем производят механическую обработку восстановленных участков лопатки, доводя ее профиль до требуемых размеров.

Далее приваривают защитные накладки 7. Каждая защитная накладка приваривается двумя швами 8 и 9, причем шов 8 проходит по основному материалу лопатки, а шов 9 — по наплавленному материалу. Сразу после сварки на лопатку накладывают теплоизолирующий кожух 6 и выдерживают ее в нем до полного ее остывания.

Затем на лопатку наносят плазменное покрытие оксикарбида кремния (SixCyOz) по режиму: ток дуги Iдуги=100-120 А, рабочее напряжение Upaб=30-50 В, расход кремнесодержащей жидкости Q=2 мл/мин, плазмообразующий газ — аргон.

Восстановление лопатки паровой турбины по предлагаемому способу позволяет снизить неоднородность структурно-фазового состава материала восстановленной лопатки, уменьшить растягивающие остаточные напряжения, повысить трещиностойкость, предел выносливости, коррозионную и эрозионную стойкость восстановленной лопатки, повысить технологичность и снизить стоимость процесса восстановления лопатки.

Были проведены экспериментальные исследования на образцах из стали 20Х13, моделирующих лопатки, восстановленные различными способами. Результаты усталостных и эрозионных испытаний образцов, обработанных по различным вариантам технологии восстановления, приведены в таблице.

Результаты испытаний показывают, что термическая обработка по предлагаемому способу оказывает такое же влияние на сопротивление усталости, что и печная термообработка, повышая предел выносливости образцов на 17%. Нанесение плазменного покрытия оксикарбида кремния приводит к повышению предела выносливости на 17-33% и эрозионной стойкости на 8-20%.

Технология восстановления	Предел выносливости на базе 107 циклов МПа	Величина инкубационного периода эрозионного износа относительно стали 20Х13 в исходном состоянии
Наплавка	120	—
Наплавка + ТО-1*	140	0,85-0,9
Наплавка + ТО-2*	140	—
Наплавка + приварка защитных накладок (ЗН)	85	2,5-3
Наплавка + приварка ЗН + ТО-1	100	2,5-3
Наплавка + ТО-2 + приварка ЗН + ТО-2	100	—
Наплавка+ПП**	160	1,1
Наплавка + ТО-2 + ПП	180	—
Наплавка + приварка ЗН + ПП	100	—
Наплавка + ТО-2 + приварка ЗН + ТО-2 + ПП	120	2,7-3,3

*ТО-1 — отпуск в печи; ТО-2 — отпуск путем наложения теплоизолирующего кожуха
**ПП — нанесение плазменного покрытия оксикарбида кремния

По сочетанию характеристик эрозионной стойкости и сопротивления усталости оптимальным является вариант восстановления лопатки, включающий последовательно наплавку, термическую обработку, приварку защитных накладок, термическую обработку, нанесение плазменного покрытия оксикарбида кремния. При этом с технической и экономической точек зрения целесообразно проводить термическую обработку предлагаемым способом (путем наложения на лопатку теплоизолирующего кожуха и выдерживания ее в нем до полного остывания).

Результаты проведенных исследований подтверждают обеспечение заявленного технического результата предлагаемым способом и его преимущества по сравнению с аналогами.

Способ восстановления лопаток паровых турбин, включающий удаление защитных накладок и изношенного участка лопатки, многослойную наплавку восстанавливаемого участка, механическую обработку лопатки, приварку защитных накладок и термическую обработку, отличающийся тем, что наплавку производят в импульсном режиме металлом более пластичным, чем материал лопатки, а приварку защитных накладок производят двумя швами, один из которых накладывают на основной материал лопатки, а другой — на наплавленный металл.
Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наплавляемого материала используют металл с высокой трещиностойкостью и температурой плавления, меньшей температуры плавления основного материала лопатки.
Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что термическую обработку после наплавки и после приварки защитных накладок проводят путем наложения на нагретую при наплавке или приварке лопатку теплоизолирующего кожуха и выдерживания лопатки в нем до полного ее остывания.
Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что на восстановленную лопатку наносят плазменное покрытие оксикарбида кремния по режиму ток дуги Iдуги=100-120 А, рабочее напряжение Uраб=30-50 В, расход кремнесодержащей жидкости Q=2 мл/мин, плазмообразующий газ — аргон.

Авторы патента: Годовская Г.В., Хафизов Р.Х., Исанбердин А.Н., Людвиницкий С.В., Смыслов А.М., Смыслова М.К.

Источник