ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ БЛОКА СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН ИЗ НИКЕЛЕВЫХ И КОБАЛЬТОВЫХ СПЛАВОВ К ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

Н. К. Криони, А. В. Новиков, А. Д. Мингажев, Р. Р. Бекишев

Аннотация


Повышение эксплуатационных свойств наиболее ответственных деталей горячего тракта газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов является весьма актуальной задачей современного турбостроения. К одним из таких деталей относятся направляющие лопатки турбин газотурбинных установок. Лопатки в процессе эксплуатации подвергаются воздействиям значительных динамических и статических нагрузок, высоких температур и термомеханических нагрузок, а также коррозионному и эрозионному разрушению. Исходя из предъявляемых требований, для изготовления лопаток газовых турбин применяются жаропрочные и жаростойкие никелевые и кобальтовые. Замена при ремонте поврежденных лопаток турбин является трудоемким и дорогостоящим процессом. Разработка новых технологий защитно-упрочняющей обработки лопаток турбин, обеспечивающих повышение их ресурса, является задачей, решение которой позволяет сэкономить значительные материальные и финансовые ресурсы. При этом, одной из целей защитно-упрочняющей обработки деталей является модернизация лопаток, переводящая последние на более высокий уровень качества.

Используемые в настоящее время охлаждаемые сопловые лопатки в процессе эксплуатации выходят из строя в результате появления дефектов в виде трещин. Проведенные исследования показали, что одной из основных причин появления трещин, наряду с процессами термической усталости, ползучести, деградации материала и окислительных процессов, является возникновение значительных термических напряжений на участках между элементами блока в результате разности их температур. Разность температур между элементами блока связана c неравномерностью отвода теплоты от верхней и нижней полок, а также от пера лопатки.

В данной статье предложен метод повышения стойкости деталей газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов за счет компенсации на лопатках термомеханических напряжений. Рассматриваемый метод основан на использовании принципа избирательной теплоизоляции частей сегментов соплового аппарата, которая была реализована на основе разработанной технологии нанесения теплозащитного покрытия. Детальная проработка избирательного теплозащитного покрытия и технологии его нанесения осуществлена применительно к сегменту СА ТВД ГТК-10И. Теплозащитный керамический слой наносили на внешние поверхности нижней полки и пера лопатки, а также на поверхность переходной зоны между верхней полкой и пером лопатки. Применение разработанного покрытия и технологии его нанесения позволило повысить ресурс работы лопаток в 1,4-1,7 раз, что дает значительную экономию материальных и финансовых средств и обеспечивает должный уровень эффективности работы и надежности газотрубопроводного транспорта.


Ключевые слова


a gas-turbine;gas compressor units;improvement of operational characteristics;ion-plasma method;nozzle system segment;protective and strengthening treatment;thermal barrier coating;газоперекачивающий агрегат;газотурбинная установка;защитно-упрочняющая обработка;ионно-плазменный метод;повышение эксплуатационных свойств;сегмент соплового аппарата;теплозащитное покрытие

Полный текст:

PDF

Литература


Гонсеровский Ф.Г., Силевич В.М. Технико-экономическое обоснование способа ремонта эрозионно-изношенных паротурбинных лопаток в условиях электростанций // Тяжелое машиностроение. 2001. №9. С.21-26.

Способ получения теплозащитного покрытия / Смыслов А.М. [и др.]: пат. 2441103, Рос. Федерация. № 2009116342/02; заявл. 28.04.2009; опубл. 27.01.2012, БИ. 2012. № 3. 10 с.

Способ получения металлокерамического теплозащитного покрытия / Мингажев А.Д. [и др.]: пат. 2441099, Рос. Федерация № 2010114809/02; заявл13.04.2010; опубл. 27.01.2012, БИ. 2012.№ 3. 14 с.

Способ получения жаростойкого покрытия на лопатках турбомашин / Мингажев А.Д. [и др.]: пат. 2441102 Рос. Федерация. № 2010114799/02; заявл. 13.04.2010; опубл. 27.01.2012, БИ. 2012. № 3. 11 с.

Теплозащитное покрытие и способ его получения / Новиков А.В. [и др.]: пат. 2426819 Рос. Федерация. № 2009144420/02; заявл. 30.11.2009; опубл. 20.08.2011, БИ. 2011. № 23. 13 с.

Способ упрочнения блока сопловых лопаток турбомашин из никелевых и кобальтовых сплавов / Новиков А.В., Мингажев А.Д., Кишалов А.Е.: пат. 2445199 Рос. Федерация № 2010111608/02; заявл. 25.03.2010; опубл. 20.03.2012, БИ. 2012. № 8. 16 с.

Способ определения термических напряжений в охлаждаемых деталях / Мингажев А.Д. [и др.]: пат. 2433389 Рос. Федерация № 2010114965/28; заявл. 14.04.2010; опубл. 10.11.2011, БИ. 2011. № 31. 10 с.

Способ определения термомеханических напряжений с теплозащитными высокотемпературными покрытиями / Мингажев А.Д. [и др.]: пат. 2424506 Рос. Федерация № 2010114966/28; заявл. 14.04.2010; опубл. 20.07.2011, БИ. 2011. № 20. 10 с.

Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов / Мингажев А.Д. [и др.]: пат. 2475719 Рос. Федерация № 2011128559/28; заявл. 08.07.2011; опубл. 20.02.2013, БИ. 2013.№ 20. 14 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2014-4-215-238

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.