Wear Protection Methods for Vapour Turbine Blades

• Autorzy: Chrzanowski Wojciech , Strankowski Andrzej , Napadłek Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.2262

Warianty tytułu

PL

Metody zabezpieczania łopat turbin parowych przed zużyciem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents a literature review of methods for protecting steam turbine blade surfaces from wear in order to extend their service life. The analysis concludes that the main causes of blade damage are erosion-corrosion processes and the effect of elevated temperatures inside the turbine. Progressive wear reduces the efficiency and power output of the entire power unit. The most common methods used to protect blade surfaces from wear are: surface hardening, application of protective overlays, spraying of protective coatings, generation of layers by laser surfacing and shot peening of blade surfaces. The use of surface protection against wear extends the service life of the turbine, reducing the cost and time-consuming repair work.

PL

W artykule przedstawiono przegląd literatury dotyczącej metod zabezpieczania powierzchni łopat turbin parowych przed zużyciem w celu wydłużenia czasu ich eksploatacji. W wyniku przeprowadzonej analizy stwierdzono, że głównymi przyczynami uszkodzenia łopat są procesy erozyjno-korozyjne oraz wpływ podwyższonej temperatury wewnątrz turbiny. Postępujące zużycie zmniejsza sprawność i moc całego bloku energetycznego. Najczęściej stosowane metody zabezpieczenia powierzchni łopat przed zużyciem to: hartowanie powierzchniowe, zastosowanie nakładek ochronnych, natryskiwanie powłok ochronnych, wytwarzanie warstw przez napawanie laserowe oraz kulowanie powierzchni łopat. Zastosowanie zabezpieczenia powierzchni przed zużyciem wydłuża czas pracy turbiny, ograniczając koszt i czasochłonność prac naprawczych.

Słowa kluczowe

EN

steam turbines; steam turbine blade; laser surfacing; thermal spraying; top layer

PL

turbiny parowe; łopaty turbin parowych; napawanie laserowe; natryskiwanie cieplne; warstwa wierzchnia

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 74, No. 1
• Strony: 9--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., il., rys.

Twórcy

autor

Chrzanowski Wojciech

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 2 gen. S. Kaliskiego St., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0425-4134

autor

Strankowski Andrzej

• Metal Expert Sp. z o.o., 5/231 Słomińskiego St., 00-195 Warsaw, Poland

autor

Napadłek Wojciech

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, 2 gen. S. Kaliskiego St., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0535-8939

Bibliografia

• [1] Chrzanowski W., Turbiny Parowe [Steam turbines], Biblioteka Dzieł Technicznych, t. 4, Warszawa 1920.
• [2] Nikiel T., Turbiny Parowe [Steam turbines], WNT, Warszawa 1989.
• [3] Korpela Seppo A., Steam Turbines. Principles of Turbomachinery, Chapter 5, John Wiley & Sons Inc. USA 2012.
• [4] Chrzanowski W., Badanie wybranych właściwości użytkowych napoin wytworzonych przyrostową technologią laserową LMD na stali 1.4923 [Study of selected functional properties of welds produced by incremental LMD laser technology on steel 1.4923], (rozprawa doktorska), WAT, Warszawa 2024.
• [5] Napadłek W., Chrzanowski W., Bogdanowicz Z., Erosion resistance testing of Stellite Co-6 coatings produced on the X22CrMoV12-1 steel substrate using the LMD method, Tribologia, 3, 2024, 93-105.
• [6] How does a Steam Turbine Work? https://www.youtube.com/watch?v=SPg7hOxFItI, [access: 3.12.2024].
• [7] Dobrzański J., Hernas A., Trwałość i niszczenie elementów kotłów i turbin parowych [Durability and deterioration of boiler and steam turbine components] WPŚ, Gliwice 2003.
• [8] Energetyka Cieplna, http://www.energetykacieplna.pl/wiadomosci-i-komunikaty/skoda-power-dostarczy-turbozespol-parowy-dla-elektrocieplowni-stalowa-wola-58494-10 [access: 3.12.2024].
• [9] Kranhold M., Styczyński Z. A., Transformacja systemu energetycznego w Niemczech: Energiewende - faza druga [Transforming the energy system in Germany: the Energiewende – phase two], Energetyka - Społeczeństwo - Polityka, 1, 2022, 3-28.
• [10] Dobosiewicz J., Stanek R., Niektóre uszkodzenia łopatek kadłubów NP przy ograniczonych przepływach czynnika [Some damage to NP fuselage blades at restricted fluid flows], Energetyka, grudzień 2016, 821-824.
• [11] Grzesiczek E., Rajca S., Uszkodzenia turbozespołów powodowane pracą regulacyjną oraz długotrwałymi postojami [Damages caused by flexible operation and long standstills of turbine sets], Energetyka, grudzień 2016, 804- 808.
• [12] Nurbanasari M., Abdurrachim, Crack of a first stage blade in a steam turbine, Case Studies in Engineering Failure Analysis, 2, 2014, 54-60.
• [13] Napadłek W., Chrzanowski W., Woźniak A., Analiza procesów zużywania łopat w niskoprężnej strefie turbiny parowej [Analysis of blade wear processes in the low-pressure zone of a steam turbine], Autobusy, 12, 2016, 1229-1234.
• [14] Mann B. S., Arya V., Joshi P., Advanced High-Velocity Oxygen-Fuel Coating and Candidate Materials for Protecting LP Steam Turbine Blades Against Droplet Erosion, Journal of Materials Engineering and Performance, 14, 4, Aug. 2005, 487-494.
• [15] Mann B. S., Arya V., HVOF coating and surface treatment for enhancing droplet erosion resistance of steam turbine blades, Wear, 254, 2003, 652.
• [16] Takeda K., Ito M., Takeuchi S., Sudo K., Koga M., Kazama K., Erosion resistant coating by low-pressure plasma spraying, ISIJ International, 33, 1993, 976-981.
• [17] Krzyżanowski J., Erozja łopatek turbin parowych [Erosion of steam turbine blades] Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Warszawa 1991.
• [18] Stanisa B., Ivusić V., Erosion behaviour and mechanisms for steam turbine rotor blades, Wear, 186-187, 1995, 395-400.
• [19] Sikorski W., Erozyjna degradacja elementów urządzeń energetycznych [Erosive degradation of power equipment components] Energetyka Cieplna i Zawodowa, t. 1, 2019, 60-65.
• [20] Dobosiewicz J., Niektóre przyczyny uszkodzeń łopatek roboczych turbin parowych [Some reasons of blade failures in steam turbines] Energetyka, 6, 2003, 395- 400.
• [21] Chrzanowski W., Napadłek W., Bogdanowicz Z., Analiza wpływu parametrów napawania laserowego LMD na wybrane właściwości napoin wytworzonych z proszku HS6-5-2c na podłożu stali 1.4923 [Analysis of the influence of LMD laser surfacing parameters on selected properties of the surfacings produced from HS6-5-2c powder on 1.4923 steel], Biuletyn WAT, 72, 1, 2023, 115-130.
• [22] Plessis A., Broeckhoven C., Yadroitsava I., Yadroitsev I., Hands C. H., Kunju R., Bhate D., A Review of Biomimetic Design in Additive Manufacturing, Addit. Manuf., 27, 2019, 408-427.
• [23] Pytel A., Wpływ obróbki mechanicznej i morfologii wydzieleń węglików w żarowytrzymałych stopach odlewniczych ŻS6UWI na własności zmęczeniowe Łopatek I Stopnia Turbiny Sprężarki stosowanych w produkcji lotniczej, (rozprawa doktorska), Rzeszów 2023.
• [24] Grzesiczek E., Trzeszczyński J., Rajca S., Możliwości wydłużania czasu eksploatacji elementów części przepływowych turbin parowych [Possibilities of operation time extension for flow part elements in steam turbines] Energetyka, 12, 2003, 831-846.
• [25] Hyojin K., Crack evaluation of the fourth stage blade in a low-pressure steam turbine, Engineering Failure Analysis, 3, 2011, 907-913.
• [26] Bunkin W. I., Eksploatacja turbin parowych [Operation of steam turbines] Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Warszawa 1956.
• [27] Projekt pt.: Innowacyjne laserowe metody diagnostyki oraz technologie naprawy łopatek turbin parowych projekt nr POIG.01.04.00-24-101/13.
• [28] Grzelak R., Iwaniak A., Rajca S., Grzesiczek E., Diagnostyka i regeneracja łopatek wirników turbin parowych metodami spawania laserowego, napawania laserowego oraz nanoszenia powłok [Diagnostics and regeneration of blades of steam turbines’ rotors using the methods of laser welding, laser padding and coatings’ application], Energetyka, grudzień 2015, 836 - 843.
• [29] Tobota K., Chmielewski T., Napawanie laserowe powłok ochronnych na powierzchniach roboczych łopatek turbin parowych [Laser deposition of protective coatings on working surfaces of steam turbine blades], Przegląd Spawalnictwa, 88, 12, 2016, 38-42.
• [30] Metody natryskiwania cieplnego, Politechnika Śląska, Katowice, https://www.slideshare.net/slideshow/metody-natryskiwania-cieplnego/45210318/ [access: 3.12.2024].
• [31] Bober M., Senkara J., Mikrostruktura kompozytowych powłok Ni-ZrC napawanych plazmowo [Microstructure of plasma-deposited Ni-ZrC composite coatings], Przegląd Spawalnictwa, 87, 10, 2015, 60-63.
• [32] Singh Sidhu H. S, Singh Sidhu B., Prakash S., Solid particle erosion of HVOF sprayed NiCr and Stellite 6 coatings, Surface & Coatings Technology, 202, 2007, 232-238.
• [33] Kluczyński J. M., Kształtowanie właściwości wytrzymałościowych elementów ze stali 316L wytworzonych przyrostową techniką SLM [Shaping strength properties of 316L steel components fabricated by incremental SLM technique] (rozprawa doktorska), Warszawa 2020.
• [34] Karpiński T., Inżynieria produkcji [Manufacturing Engineering], WNT, Warszawa 2015.
• [35] Napawanie laserowe [Laser Metal Disposition], Trumpf, https://www.trumpf.com/pl_PL/rozwiazania/zastosowania/produkcja-addytywna/napawanie-laserowe/ [access: 16.12.2024].
• [36] Hanson K., Shot peening offers cost-effective way to make stronger metal products, Future Works, Workholding Technologies, 1.10.2015, https://www.ctemag.com/articles/shot-peening-offers-cost-effective-way-make-stronger-metal-products [access: 12.12.2024].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).