Електрохімічний і хімічний аспекти ерозійно-корозійного процесу руйнування робочих лопаток вологопарових турбін під дією електризованої вологи

Автори

А. О. Тарелін, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: tarelin@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-7160-5726

В. Л. Швецов, Акціонерне товариство «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: shvetsov@turboatom.com.ua , ORCID: 0000-0002-2384-1780

В. Г. Михайленко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: port342017@gmail.com, ORCID: 0000-0003-3082-6148

А. В. Нечаєв, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: nechaev@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-6586-4713

О. Є. Хіневіч, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: port342017@gmail.com, ORCID: 0000-0003-1902-534X

Анотація

Стаття присвячена електрохімічному та хімічному аспектам ерозійно-корозійного руйнування поверхневого шару робочої лопатки вологопарової турбіни під дією електризованого робочого тіла. Розглянуто гіпотезу щодо комплексного механо-хіміко-електрохімічного механізму вимивання хрому та заліза з поверхневого шару металу робочої лопатки під час руйнування оксидної плівки під дією високошвидкісного потоку вологої пари. Теоретично показана можливість наводнювання поверхонь робочих лопаток під дією негативно заряджених крапель. Пошкодження лопаток в цьому випадку подібне пошкодженню від анодного травлення. Також показано, що процес наводнювання поверхні лопатки має місце в будь-якому випадку і для електрично заряджених крапель, і для нейтральних. Однак в разі нейтральних крапель інтенсивність процесу незначна. Проведено експериментальне дослідження поверхні робочої лопатки з ерозійним пошкодженням з останнього ступеня турбіни ВК-50 ЛМЗ, яка відпрацювала свій ресурс. Визначено кількісний вміст хрому у вирізаному з лопатки зразку сталі. Виявлено зменшення вмісту хрому в пошкодженому ерозією поверхневому шарі лопатки. Для перевірки гіпотези про схожість процесу анодного електротравлення з процесом руйнування поверхні під дією негативно заряджених крапель проведено електрохімічний експеримент на модельному зразку хромової сталі 20Х13. Показано, що рельєфи пошкоджених ділянок на модельному зразку після анодного травлення і на досліджуваній лопатці в зоні дії негативно заряджених крапель подібні. Проведені експериментальні дослідження підтвердили наявність комплексного механо-хіміко-електрохімічного процесу руйнування лопатки. На основі отриманих даних сформульовані рекомендації щодо продовження ресурсу лопаток турбомашин.

Ключові слова: електризація пари, наводнення, ерозія лопаток.

Література

1. Шубенко А. Л., Ковальский А. Э., Стрельников И. С., Шевякова И. Н. Оценка влияния наводороживания и коррозионных сред на процесс каплеударной эрозии элементов проточной части цилиндров низкого давления паровых турбин. Пробл. машиностроения. 1998. Т. 1. № 3–4. С. 9–15.
2. Тарелин А. А., Сурду Н.  В., Нечаев А. В. Электрофизические аспекты каплеударного разрушения элементов проточной части паровых турбин. Вестн. НТУ «ХПИ». Сер.: Энерг. теплотехн. процессы и оборудование. 2012. № 7. С. 88–96.
3. Варавка В. Н., Кудряков О. В., Морозкин И. С., Забияка И. Ю. Исследования в области каплеударной эрозии энергетического оборудования: ретроспективный обзор и анализ текущего состояния. Вестн. Дон. техн. ун-та. 2016. Т. 16. № 1 (84). С. 67–76. https://doi.org/10.12737/18260.
4. Тарелин А. А. Теплоэлектрофизические процессы в паровых турбинах: монография. Харьков: Изд-во Иванченко И. С., 2020. 184 с.
5. Tarelin A. A., Surdu N. V., Nechaev A. V. The influence of wet-steam flow electrization on the surface strength of turbine blade materials. Thermal. Eng. 2020. Vol. 67. Р. 60–67. https://doi.org/10.1134/S0040601520010073.
6. Tarelin A. A. Electrization of a wet steam flow and its influence on reliability and efficiency of turbines. Thermal Eng. 2014. Vol. 61. Р. 790–796. https://doi.org/10.1134/S004060151411010X.

Надійшла до редакції 19 лютого 2021 р.