Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С. П. Королева, Самара,
Россия:
В. И. Богданович, профессор кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении
И. А. Докукина, доцент кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении
М. Г. Гиорбелидзе, аспирант кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, Комсомольск-на-Амуре, Россия:
С. Б. Марьин, профессор кафедры машиностроения и металлургии, эл. почта: maryinsb@mail.ru
Основная причина исчерпания ресурса энергетических агрегатов большинства ТЭЦ связана с эрозией и контактным износом различных поверхностей турбины из-за высоких нагрузок, больших скоростей вращения и воздействия скоростных парогазовых потоков со значительным содержанием капельной фазы влаги на ее последних ступенях. В последние два десятилетия при проведении плановых ремонтных работ отмечается устойчивая тенденция к увеличению интенсивности износа деталей паровых турбин, особенно входных кромок рабочих лопаток, что во многом обусловлено периодическим изменением режимов эксплуатации ТЭЦ из-за необходимости использования более экономичных из них. В статье рассмотрены основные причины износа деталей энергоагрегатов, таких как лопатки паровых турбин, опорные поверхности валов и других элементов. Предложен эффективный метод восстановления деталей энергоустановок, который позволяет существенно повысить их ресурс и значительно увеличить сроки эксплуатации энергоустановок. Напыление осуществляется мобильной малогабаритной установкой, разработанной авторами. Определены составы покрытий и технологии их нанесения. Для оценки работоспособности покрытий изучены следующие свойства напыленных слоев: структура, пористость, химический и фазовый составы, микротвердость, адгезионная прочность, термостойкость и эрозионная стойкость. В статье показано, что процесс упрочнения поверхностей и восстановления размеров рабочих лопаток, валов может быть реализован непосредственно на ТЭЦ, в том числе без полного демонтажа агрегатов. Одним из важнейших результатов исследований было установление того факта, что получение покрытий с преимущественной структурой межкристаллитных границ, расположенных вдоль внешней поверхности изделия, значительно повышает большинство эксплуатационных характеристик всей системы покрытие – основа.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ.
1. Барвинок В. А. Плазма в технологии, надежность, ресурс. — М. : Наука и технологии, 2005. — 452 с.
2. Mann B. S. Water Droplet Erosion Behavior of High-Power Diode Laser Treated 17Cr4Ni PH Stainless Steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 2014. Vol. 23, No. 5. P. 1861–1869. DOI: 10.1007/s11665-014-0927-6
3. Liu-xi Cai, Jing-ru Mao, Shun-sen Wang, Juan Di, Zhen-ping Feng. Experimental investigation on erosion resistance of iron boride coatings for steam turbines at high temperatures // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part J : Journal of Engineering Tribology. 2015. Vol. 229, No. 5. P. 636–645. DOI: 10.1177/1350650114557105
4. Pérez F. J., Castañeda S. I., Hierro M. P., Escobar Galindo R., Sánchez-López J. C., Mato S. Comparative Study of Micro- and Nano-structured Coatings for High-Temperature Oxidation in Steam Atmospheres // Oxidation of Metals. 2014. Vol. 81, No. 1/2. P. 227–236. DOI: 10.1007/s11085-013-9447-2
5. Shipway P. H., Gupta K. The potential of WC-Co hardmetals and HVOF sprayed coatings to combat water-droplet erosion // Wear. 2011. Vol. 271, No. 9/10. P. 1418–1425. DOI: 10.1016/j.wear.2010.12.058
6. Бобров Г. В., Ильин А. А., Спектор В. С. Теория и технология формирования неорганических покрытий. — М. : Альфа-М, 2014. — 925 с.
7. Хокинг М., Васантасри В., Сидки П. Металлические и керамические покрытия: получение, свойства и применение. — М. : Мир, 2000. — 518 с.
8. Рыженков В. А. Состояние проблемы и пути повышения износостойкости энергетического оборудования ТЭС // Теплоэнергетика. 2000. № 6. С. 20–25.
9. Лисянский А. С., Тихомиров С. А., Симин О. Н., Чижик Т. А. Обеспечение стойкости к каплеударной эрозии и фреттинг-коррозии лопаток паровых турбин за счет вакуумного ионно-плазменного упрочнения поверхности // Энергомашиностроение. 2005. № 2/3. С. 43–53.
10. Смыслова М. К. Исследование и разработка комбинированных ионно-плазменных технологий, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств лопаток газовых и паровых турбин // Вестник УГАТУ. 2004. Т. 5, № 3 (11). С. 67–83.
11. Mann B. S., Arya Vivek. HVOF coating and surface treatment for enhancing droplet erosion resistance of steam turbine blades // Wear. 2003. Vol. 254, No. 7/8. P. 652–667. DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00253-9
12. Перельман Р. Г., Пряхин В. В. Эрозия элементов паровых турбин. — М. : Энергоатомиздат, 1986. — 184 с.
13. Barvinok V. A., Bogdanovich V. I. Physical and Mathematical Simulation of the Formation of Mesostructure-Ordered Plasma Coatings // Technical physics. 2012. Vol. 57, No. 2. P. 262–269. DOI: 10.1134/S1063784212020053
14. ГОСТ 9.304–87. Единая система защиты от коррозии и старения. — Введ. 1989–01–01.
15. Пат. 142944 РФ, МПК H 05 H 1/26. Плазменная горелка для напыления металлов и окислов / Барвинок В. А., Богданович В. И., Докукина И. А. ; заявитель и патентообладатель : Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени акад. С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)» ; заявл. 21.11.2013, опубл. 10.07.2014. — 2 с.