Analiza procesów uszkodzeń łopat turbin parowych

• Autorzy: Chrzanowski Wojciech , Napadłek Wojciech , Bogdanowicz Zdzisław

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.3655

Warianty tytułu

EN

Analysis of degradation and damage processes of power components of steam turbines

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy przeglądu literatury oraz określenia i analizy przyczyn zużycia łopat turbin parowych. W wyniku analizy stwierdzono, że głównymi przyczynami uszkodzenia łopat są procesy erozyjno-korozyjne oraz wpływ podwyższonej temperatury wewnątrz turbiny, powodujące m.in. efekt wydłużenia i odkształcenia łopat oraz występowanie pęknięć w wyniku gwałtownych zmian temperatury. Przegląd literatury i analiza zjawisk zniszczenia wykazały, że łopaty narażone są na erozję wynikającą z warunków ich pracy, w tym oddziaływania środowiska pary wodnej i/lub wtrysku kondensatu chłodzącego w strefie ostatniego stopnia części niskoprężnej turbiny. Zjawisko erozji występuje głównie na krawędziach wlotowych i wylotowych łopat, powodując oprócz zmniejszenia sprawności turbiny także efekt nierównomiernego wyważenia elementów współpracujących (różne zużycie łopat w jednym stopniu wirnika). erozja może także powodować wzrost naprężeń mogący doprowadzić do poważnych uszkodzeń nie tylko łopatek, lecz także podzespołów turbiny. Łopaty turbin parowych są narażone również na oddziaływanie agresywnych związków chemicznych (chlorki, siarczany oraz krzemiany metali alkalicznych pochodzące z pary wodnej), w wyniku których na łopatach może zachodzić korozja równomierna, a także wżerowa. Dlatego w artykule przeanalizowano wpływ warunków pracy na występujące uszkodzenia oraz możliwości związane z prognozowaniem trwałości eksploatacyjnej łopat.

EN

The article is a review of the literature data related to the wear of steam turbine blades. The literature review have found that the main causes of blade damage are erosion, corrosion, and the occurrence of elevated temperatures inside the turbine, which cause, among other things, blade elongation, deformation, and cracks due to rapid temperature changes (thermal shock). A review of the literature has shown that blades are a subject to erosion resulting from operating conditions in which the blades strike water droplets formed from steam or from the injection of cooling condensate in the zone of the last stage of the low-pressure part of the turbine. erosion occurs mainly at the inlet and outlet edges of the blades, causing imbalance (different blade wear in one rotor stage) in addition to reducing turbine efficiency. erosion can also cause an increase in stresses that can lead to serious damage not only to the blades, but also to other turbine components. Steam turbine blades are also exposed to aggressive working environment (chlorides, sulfates, and alkali metal silicates from steam) as a result of which uniform and also pitting corrosion can occur on the blades. The article also analyses the effect of operating conditions on the damage that occurs, as well as the literature on predicting turbine blade life.

Słowa kluczowe

PL

turbiny parowe; łopata wirnika; zużycie; erozja; korozja; warstwa wierzchnia

EN

steam turbines; rotor blade; wear; erosion; corrosion; top layer

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 72, nr 2
• Strony: 39--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., il., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chrzanowski Wojciech

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział inżynierii Mechanicznej, Instytut Pojazdów i Transportu, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

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

autor

Napadłek Wojciech

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział inżynierii Mechanicznej, Instytut Pojazdów i Transportu, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

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

autor

Bogdanowicz Zdzisław

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział inżynierii Mechanicznej, Instytut Pojazdów i Transportu, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-4514-8610

Bibliografia

• [1] Chmielniak J. T., Maszyny przemysłowe, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
• [2] Pilarczyk J., Poradnik inżyniera. Tom 1. Spawalnictwo, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2017.
• [3] Chrzanowski W., Turbiny parowe, Biblioteka Dzieł Technicznych. Tom IV, Warszawa 1920.
• [4] Nikiel T., Turbiny parowe, WNT, Warszawa 1989.
• [5] Korpela Seppo A., Steam Turbines. Principles of Turbomachinery, chapter 5, john Wiley & Sons inc., USA 2012.
• [6] Badur J., Kornet S., Nierównowagowe przemiany fazowe, Logistyka, Poznań, 4, 2013, 225-233.
• [7] Dobrzański J., Hernas A., Trwałość i niszczenie elementów kotłów i turbin parowych, WPŚ, Gliwice 2003.
• [8] How does a Steam Turbine Work?, Youtube, https://www.youtube.com/watch?v=SPg7hoxFiti.
• [9] Skoda Power dostarczy turbozespół parowy dla elektrociepłowni Stalowa Wola, portal energetyka cieplna, 5.10.2012, https://www.energetykacieplna.pl/wiadomosci-i-komunikaty/skoda-power-dostarczy-turbozespol-parowy-dla-elektrocieplowni-stalowa-wola-58494-10.
• [10] Dobosiewicz J., Stanek R., Niektóre uszkodzenia łopatek kadłubów NP przy ograniczonych przepływach czynnika, energetyka, 12, 2010, 821-824.
• [11] Grzesiczek E., Rajca S., Uszkodzenia turbozespołów powodowane pracą regulacyjną oraz długotrwałymi postojami, energetyka, 12, 2016, 804-808.
• [12] Kranhold M., Styczyński Z. A., Transformacja systemu energetycznego w Niemczech: Energiewende - faza druga, energetyka - Społeczeństwo - Polityka, 1, 2022, 3-28.
• [13] Derski B., OZE pokryły 67% zapotrzebowania Polski na moc, portal Wysokie Napięcie, 22.06.2022, https://wysokienapiecie.pl/72192-oze-pokryly-67-zapotrzebowania-polski-na-moc/
• [14] Derski B., Polska powinna dywersyfikować miks energetyczny, portal Wysokie Napięcie, 30.08.2016, https://wysokienapiecie.pl/1698-polska-powinna-dywersyfikowac-miks-energetyczny/
• [15] Grzesiczek E., Trzeszczyński J., Rajca S., Możliwość wydłużania czasu eksploatacji elementów części przepływowych turbin parowych, energetyka, 12, 2003, 831-842.
• [16] Nurbanasari M., Abdurrachim A., Crack of a First Stage Blade in a Steam turbine, case Studies in engineering Failure Analysis, 2, 2, 2014, 54-60.
• [17] Bunkin W. I., Eksploatacja turbin parowych, tłum. K. Smolaga, Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Warszawa 1956.
• [18] Napadłek W., Chrzanowski W., Woźniak A., Analiza procesów zużywania łopat w niskoprężnej strefie turbiny parowej, Autobusy, 12, 2016, 1229-1234.
• [19] 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, 2005, 487-494.
• [20] Mann B. S., Arya V., HVOF Coating and Surface Treatment for Enhancing Droplet Erosion Resistance of Steam Turbine Blades, Wear, 254, 7-8, 2003, 652-667.
• [21] Singh Sidhu H. S., Singh Sidhu B., Prakash S., Solid Particle Erosion of HVOF Sprayed NiCr and Stellite-6 Coatings, Surface & Coatings Technology, 202, 2, 2007, 232-238.
• [22] Takeda K., Ito M., Takeuchi S., Sudo K., Koga M., Kazama K., Erosion Resistant Coating by Low-Pressure Plasma Spraying, ISIJ International, 33, 9, 1993, 976-981.
• [23] Iwaniak A., Hetmańczyk M., Zabezpieczanie łopatek turbin parowych przed niszczeniem erozyjnym powłokami ochronnymi napawanymi laserowo, Tribologia, 242, 2, 2012, 31-39.
• [24] Krzyżanowski J., Erozja łopatek turbin parowych, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Warszawa 1991.
• [25] Azevedo C. R. F., Sinatora A., Erosion-Fatigue of Steam Turbine Blades, engineering Failure Analysis, 16, 7, 2009, 2290-2303.
• [26] Tobota K., Chmielewski T., Napawanie laserowe powłok ochronnych na powierzchniach roboczych łopatek turbin parowych, Przegląd Spawalnictwa, 88, 12, 2016, 38-42.
• [27] Bober M., Senkara J., Mikrostruktura kompozytowych powłok Ni-ZrC napawanych plazmowo, Przegląd Spawalnictwa, 87, 10, 2015, 60-63.
• [28] Grzelak R., Iwaniak A., Rajca S., Grzesiczek E., Diagnostyka i regeneracja łopatek wirników turbin parowych metodami spawania laserowego, napawania laserowego oraz nanoszenia powłok, energetyka, 12, 2015, s. 836-843.
• [29] Sikorski W., Erozyjna degradacja elementów urządzeń energetycznych, Energetyka Cieplna i Zawodowa, 1, 2019, 60-65.
• [30] Stanisa B., Ivusić V., Erosion Behaviour and Mechanisms for Steam Turbine Rotor Blades, Wear, 186-187, 1995, 395-400.
• [31] Bober M., Tobota K., Badania istotności wpływu podstawowych parametrów napawania plazmowego na geometrię napoin, Przegląd Spawalnictwa, 87, 9, 2015, 24-28.
• [32] Projekt pt. Innowacyjne laserowe metody diagnostyki oraz technologie naprawy łopatek turbin parowych, nr POIG.01.04.00-24-101/13.
• [33] Dobosiewicz J., Niektóre przyczyny uszkodzeń łopatek roboczych turbin parowych, energetyka Biuletyn, 1, 2003, 309-400.
• [34] Hernas A., Moskal G., Seniuk A., Analiza korozyjności środowiska turbiny na podstawie składu chemicznego osadów, energetyka, 11, 2014, 658-660.
• [35] Kornet S., Badur J., Nierównowagowe przemiany fazowe, Logistyka, 4, 2013, 225-233.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).