Излом рабочих лопаток

1.8. Излом рабочих лопаток

1.8.1. Явление излома рабочих лопаток

Излом рабочих лопаток происходит вследствие появления в некотором опасном сечении лопатки настолько высоких напряжений изгиба, что они превосходят предел прочности материала.

Окружные усилия изгибают лопатку в плоскости колеса и создают растягивающие напряжения в кромках. Осевые усилия изгибают лопатку в плоско­сти оси турбины, создавая растягивающие напряже­ния во входной кромке и сжимающие в выходной. Таким образом, на входной кромке растягивающие напряжения изгиба складываются, поэтому, как пра­вило, она является опасной точкой сечения: именно с нее чаще всего начинается излом лопатки.

Наибольшие изгибающие моменты возникают в корневом сечении рабочей лопатки, однако это не означает, что в этом сечении возникают и макси­мальные напряжения. Связано это с тем, что сече­ния лопатки также увеличиваются к корневому се­чению, и, как это часто бывает в рабочих лопатках большой длины, максимальные напряжения изгиба возникают в сечении, расположенном несколько выше корневого.

Именно в опасном сечении в опасной точке, ча­ще всего на входной (или выходной кромке) возни­кает трещина излома, которая, быстро распростра­няясь, приводит к излому лопатки.

1.8.2. Причины излома рабочих лопаток

Изгибающие напряжения, возникающие в рабо­чих лопатках при самых опасных режимах, не пре­восходят 30–40 МПа. Даже с учетом растягиваю­щих напряжений от центробежных сил и увеличе­ния изгибающих напряжений вследствие вибрации, эти напряжения при нормальной работе турбины не могут достичь предела прочности. Излом возникает только при серьезных нарушениях режима работы, вызванных аварийными ситуациями или грубыми ошибками эксплуатационного персонала.

К числу основных причин, вызывающих излом лопаток, можно отнести:

Рекомендуемые материалы

1) попадание в турбину большого количества воды;

2) попадание в проточную часть посторонних предметов;

3) сильные радиальные задевания вращающегося ротора о статорные детали.

При попадании в турбину большого количества воды вследствие вращения в нижней части корпуса возникает пароводяная эмульсия. При этом не только резко возрастает сопротивление вращению, но и при входе лопаток в эмульсию на них действу­ет ударная нагрузка. Тем самым возникает опас­ность излома в плоскости вращения. Одновремен­но с этим может произойти закупорка части кана­лов решетки водой. При этом возрастет давление перед рабочей решеткой и увеличивается осевая нагрузка. Поэтому попадание в турбину большого количества воды почти всегда приводит к поломке рабочих лопаток.

Имеется три основных источника попадания во­ды в цилиндр турбины: из основных паропроводов, из паропроводов отбора пара на регенеративные и сетевые подогреватели и, наконец, влага может воз­никать в самой турбине вследствие конденсации.

Наиболее вероятной причиной попадания воды в цилиндр из паропроводов свежего пара и проме­жуточного перегрева является их недостаточный предпусковой прогрев. Недостаточная длитель­ность прогрева, малые дренажные сечения трубо­проводов, не обеспечивающие отвод образующего­ся конденсата и достаточный расход греющего па­ра, чрезмерно быстрое повышение давления в паро­проводах, при котором температура металла стано­вится ниже температуры насыщения – все эти фак­торы способствуют образованию влаги в паропро­водах, которая при подаче пара в турбину может попасть в нее. Значение этих обстоятельств усили­вается при неправильной прокладке паропроводов, когда в них возникнут зоны со скоплением конден­сата, при неисправной арматуре на дренажах. По­этому особенно внимательным к прогреву паропро­водов следует быть при первом пуске (после монта­жа турбоустановки или ее капитального ремонта).

Попадание воды из регенеративных и сетевых подогревателей происходит при переполнении их паровых пространств конденсатом и подъемом этого конденсата по паропроводу отбора в нижнюю часть корпуса турбины. В свою очередь заполнение кор­пуса подогревателя водой происходит из–за разрушения трубной системы и выхода питательной воды в корпус подогревателя или из-за накопления кон­денсата греющего пара, поступающего из турбины.

Наконец, при чрезмерно быстрых пусках холод­ной турбины, когда образующийся конденсат не ус­певает отводится из корпуса турбины, а частота вращения растет быстро, возникает особенно опас­ная ситуация из–за большой скорости встречи рабо­чих лопаток со скапливающейся в корпусе водой.

Попадание в проточную часть турбины посто­ронних предметов даже малого размера чревато са­мыми серьезными последствиями. Можно считать большой удачей, когда посторонний предмет, на­пример, гайка или болт сразу же заклинится внут­ри какого–либо неподвижного элемента, например, в сопловой решетке и сохранится до следующего осмотра проточной части. В большинстве случаев, хотя такое заклинивание и происходит, возникают очень сильные задевания выступающего посторон­него предмета о вращающиеся лопатки (если за­клинивание произошло в сопловом аппарате) или о сопловые лопатки (если предмет заклинился в ра­бочих каналах). В обоих случаях происходит вы­крашивание кусков лопаток, которые начинают иг­рать роль "вторичных" посторонних предметов. В результате происходит заклинивание крупных кусков разрушенных деталей в зазоре между сопловыми и рабочими лопатками, что приводит к практически полному разрушению всех лопаток ступеней. В свою очередь элементы разрушенной ступени становятся "посторонними предметами" для следующей ступени, и авария развивается ла­винообразно вплоть до полного разрушения про­точной части всего цилиндра.

Основным источником попадания посторонних предметов в проточную часть является небрежно выполняемый ремонт и монтаж, при котором в подводящем паропроводе и нижней половине корпуса остаются забытые или оброненные гайки, болты, га­ечные ключи, отходы сварочных работ и т.д. Боль­шую помощь в улавливании таких предметов оказы­вает паровое сито, установленное на входе пара в стопорные клапаны, однако оно не может уберечь проточную часть от предметов, забытых в простран­стве между ситом и турбиной и в самой турбине.

Вторым источником являются продукты повре­ждений элементов пароподводящего тракта и тур­бины. Куски парового сита, разрушенного ударами посторонних предметов, куски всякого рода разру­шившихся тепловых экранов, установленных за ре­гулирующими клапанами, крепеж, например, горизонтального разъема направляющего козырька ре­гулирующей ступени, – все эти предметы могут стать причиной излома рабочих лопаток.

Сильные радиальные задевания, ведущие к по­ломке рабочих лопаток, могут возникнуть по сле­дующим причинам:

1) из–за сильного внезапного прогиба вала, вы­званного внезапной разбалансировкой (например, из–за отрыва рабочей лопатки достаточной массы) или попаданием на ротор воды. Даже сравнительно небольшие прогибы, вызванные этими причинами, могут быть многократно усилены динамическим ха­рактером возникающих сил при вращении на кри­тической частоте;

2) из–за сильного прогиба корпуса при появле­нии большой разности температур верхней и ниж­ней образующей корпуса Δt_в–н и одновременном сравнительно небольшом прогибе ротора. Большая разность Δt_в–н возникает вследствие плохой изоля­ции нижней части корпуса турбины, большого отвода тепла по металлу трубопровода отбора (осо­бенно плохо изолированных), неправильной уста­новке металлического корпуса турбины;

3) из–за попадания воды или пара высокой влаж­ности на наружную поверхность тонкостенных кор­пусных элементов, чаще всего внутренних обойм корпусов ЦНД. Местное охлаждение обоймы при­водит к ее короблению, потере осесимметричности и сильным задеваниям.

1.8.3. Предупреждение излома рабочих лопаток

Обратите внимание на лекцию "10 Социальная адаптация как технология социальной работы".

Предупреждение излома рабочих лопаток осно­вано на исключении вызывающих его причин.

Для исключения попадания воды из паропрово­дов свежего пара и пара промежуточного перегрева необходимо, прежде всего, обеспечить их правиль­ную прокладку: паропроводы выполняются с укло­ном в сторону дренажных трубопроводов, без тупи­ковых и недренируемых участков, где может скап­ливаться конденсат. Дренажи паропроводов долж­ны быть исправны, т.е. обеспечивать надежный от­вод конденсата на всех режимах работы, и иметь достаточные проходные сечения не только для от­вода конденсата во время прогрева, но и для про­пуска достаточного количества пара на этапе про­грева паропроводов «пролетным» паром.

Для исключения попадания воды из регенера­тивных подогревателей должны быть в исправно­сти система защиты от недопустимого повышения уровня конденсата в подогревателях и арматура (обратные клапаны) на линиях отбора пара.

Для исключения поломки лопаток вследствие образующегося и скапливающегося в корпусе тур­бины конденсата должна быть исправна не только дренажная система, но и четко выдерживаться гра­фик повышения частоты вращения: при медленном вращении ротора изламывающие усилия, действую­щие на лопатки при их входе в конденсат, будут, конечно, меньше.

Для исключения попадания в проточную часть посторонних предметов, прежде всего, требуется соблюдение дисциплины проведения монтажных и ремонтных работ, исключение попадания инстру­ментов, крепежа, мелких деталей в проточную часть. После монтажа и ремонта паропроводы должны тщательно продуваться.

Сильные задевания, приводящие к излому рабо­чих лопаток, обычно возникают не вдруг, а начина­ются с незначительных задеваний, увеличения виб­рации корпусов подшипников и т.д. Поэтому основ­ной мерой борьбы с изломами по этой причине явля­ется внимательная и грамотная эксплуатация с ана­лизом тех отклонений в режимах и показаниях при­боров, которые возникают в процессе эксплуатации.