Оцінка та прогнозування корозійно-механічних та міцностних властивостей матеріалів робочих лопаток в умовах агресивного впливу газотурбінного палива - Автореферат

Комплексний підхід до теорії легування сплавів, призначених для роботи в зазначених екстремальних умовах, привів до компромісної композиції, що враховувала вплив легуючих і мікролегуючих елементів на процеси високотемпературної корозії і особливості структуроутворення при одержанні точних заготовок деталей і їх термічної обробки. Так, із сплаву ЗМІ-3У було виготовлено робочі лопатки I-го ступеня турбіни газоперекачувального агрегату ГТК-10І, а зі ЗМІ-3 - робочі лопатки I-го ступеня ГТН-16. Для досягнення зазначеної мети було необхідно : - провести порівняльні дослідження високотемпературної корозійної стійкості жароміцних сплавів ЖС6К, ВЖЛ-12У, ЕП-957ВД, ЗМІ-3, ЗМІ-3У в середовищах з різною концентрацією корозійноактивних сумішей сполук: у розтопі солей 75% Na2SO4 25% NACL; у синтетичній золі газотурбінного палива, що найбільш повно імітує вплив зольних і газоподібних продуктів горіння палива; в окисному середовищі; вперше отримано результати натурних випробувань робочих лопаток зі сплавів ЗМІ-3, ЗМІ-3У, послідовно знятих після наробітку 6200, 9500, 18000, 30700 годин в обраній турбіні газоперекачувальних агрегатів ГТК-10І і ГТН-16; встановлено, що швидкість сульфідно-окисної корозії сплавів під дією синтетичної золи газотурбінного палива (66,2 % Na2SO4; 20,4 % Fe2O3; 8,3 % Ni; 3,3 % Ca; 1,8% V2O5) у 4,5-5 разів вища за швидкість корозії, що повязана із впливом золових і газових продуктів згоряння, які надходять у проточну частину турбіни газоперекачувального агрегату ГТН-16.Проведений комплекс досліджень корозійно-механічних властивостей, а також повзучості жароміцних матеріалів в умовах сульфідно-окисного середовища, що виникає при горінні низькосортних видів палива в стаціонарних ГТУ, дозволив прийти до таких висновків: 1. Досвід експлуатації стаціонарних газових турбін, аналіз існуючих літературних даних і результати наших експериментів свідчать, що основними факторами, які визначають довговічність робочих лопаток, є пошкоджуваність їхньої поверхні від сульфідно-окисної корозії під впливом газового потоку, а також зниження характеристик міцності сплавів у процесі експлуатації відповідних лопаток. Сульфідно-окисна корозія значно прискорює руйнування жароміцних матеріалів, що обмежує можливість тривалого прогнозу властивостей міцності за допомогою параметричних методів Міллера - Ларсона, Шербі-Дорна, Менсона-Хафферда, ОСТ 108.901.102-78 і феноменологічної моделі Работнова. Узагальненням викладених результатів випробувань і результатів досліджень зразків з нанесеної на їхню поверхню золи складу: 66,2 % Na2SO4; 1,8 % V2O5; 20,4 % Fe2O3; 8,3 % Ni; 3,3 % Ca, яка імітує корозійне пошкодження поверхні лопаток у натурних умовах, а також результатів випробувань робочих лопаток зі сплаву ЗМІ-3, що досліджувались в одному і тому же роторі турбіни ГТН-16 на протязі 9500, 18000 і 30700 годин, встановлено аналогічний характер корозійного проникнення і складу продуктів корозії.

Проведений комплекс досліджень корозійно-механічних властивостей, а також повзучості жароміцних матеріалів в умовах сульфідно-окисного середовища, що виникає при горінні низькосортних видів палива в стаціонарних ГТУ, дозволив прийти до таких висновків: 1. Досвід експлуатації стаціонарних газових турбін, аналіз існуючих літературних даних і результати наших експериментів свідчать, що основними факторами, які визначають довговічність робочих лопаток, є пошкоджуваність їхньої поверхні від сульфідно-окисної корозії під впливом газового потоку, а також зниження характеристик міцності сплавів у процесі експлуатації відповідних лопаток.

2. Сульфідно-окисна корозія значно прискорює руйнування жароміцних матеріалів, що обмежує можливість тривалого прогнозу властивостей міцності за допомогою параметричних методів Міллера - Ларсона, Шербі-Дорна, Менсона-Хафферда, ОСТ 108.901.102-78 і феноменологічної моделі Работнова.

3. Узагальненням викладених результатів випробувань і результатів досліджень зразків з нанесеної на їхню поверхню золи складу: 66,2 % Na2SO4; 1,8 % V2O5; 20,4 % Fe2O3; 8,3 % Ni; 3,3 % Ca, яка імітує корозійне пошкодження поверхні лопаток у натурних умовах, а також результатів випробувань робочих лопаток зі сплаву ЗМІ-3, що досліджувались в одному і тому же роторі турбіни ГТН-16 на протязі 9500, 18000 і 30700 годин, встановлено аналогічний характер корозійного проникнення і складу продуктів корозії. Швидкість високотемпературної корозії, яку визначено експериментально, у даному випадку перебільшує реальну приблизно у 4,5-5 разів.

4. Спільний корозійний вплив (односторонній для монолітних зразків і двосторонній - для зразків з внутрішньою порожниною) із зовні прикладеними напруженнями значно зменшує час до руйнування зразків, що повинно обов?язково враховуватися при тривалому прогнозі властивостей матеріалів.

5. Кінетика зміни глибини сумарного корозійного проникнення в найбільш пошкодженому середньому перерізі профілю робочих лопаток зі сплаву ЗМІ-3 має лінійну тенденцію, що обумовлено періодичним відривом шарів окалини у міру збільшення їхньої товщини під дією газового потоку і відцентрових сил. Прогнозована й оцінена глибина корозійного проникнення за 50000 годин експлуатації складає приблизно 0,4 мм, що не викликає значного зниження несучої здатності лопаток, які за конструкцією є аналогічними лопаткам ТВТ турбіни ГТН-16.

6. Прогноз властивостей міцності за умов дії сульфідно-окисної корозії при використанні температурно-часових параметрів і феноменологічного рівняння Работнова-Лєпіна є коректним лише для корозійностійких сплавів. Для уточнення прогнозу часу до руйнування в рівняння Работнова-Лєпіна необхідно ввести додаткові фактори пошкоджень, а саме: Кк - корозійний фактор, який пов?язаний з глибиною сумарного корозійного проникнення і коефіцієнт К?, що визначає зміну тривалих властивостей матеріалів унаслідок структурних перетворень, як складових сумарного накопичення пошкоджень з деформацією. У цьому випадку рівняння буде мати вигляд: . високотемпературний корозійний жароміцний

7. Розрахунково-експериментальним методом встановлено, що максимально можливий ресурс безупинної експлуатації робочих лопаток зі сплаву ЗМІ-3У у турбіні ГТК-10І відповідає 37000 годинам.

Частка економічного ефекту, отриманого за рахунок проведених автором комплексних досліджень і визначення ресурсу робочих лопаток, складає 136813 гривень у рік (за цінами 1999 року).

1. В.И. Шмырко, А.Г. Андриенко Исследование повреждаемости поверхности рабочих лопаток турбин ГТК-10І, ГТН-16 в процессе их длительной эксплуатации // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, 1997. - N 1-2. - С. 14-16.

2. V.I. Shmirko, A.G. Andrienko, S.B. Belikov Several peculiarities of superalloy corrosion failure // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, 1997. - N 1-2. - С. 36-38.

3. Андриенко А.Г., Шмырко В.И. Высокотемпературная коррозионная стойкость сплавов по результатам испытаний образцов и рабочих лопаток турбин с длительной наработкой // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Зб.наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 1998. - С.68-69.

4. Петрик И.А., Пискун Ю.М., Шмырко В.И. Разработка и внедрение технологического процесса ремонта лопаток компрессора газоперекачивающих агрегатов ГТК-25І // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Зб.наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 1998. - С.107-108.

5. Андриенко А.Г., Шмырко В.И. Оценка влияния защитных покрытий на долговечность сплавов, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Зб.наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 2000. - С.76-77.

Размещено на .ru