Прогнозирование и продление срока службы, повышение надежности металла при управлении ресурсом лопаточного аппарата стационарных ГТУ на магистральных газопроводах

• Автор: Дашунин, Николай Васильевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 181 с. : ил.

® ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ ЛОПАТОК ГТУ И МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА

1.1. Газотурбинные установки для привода нагнетателей

1.2. Условия эксплуатации и ресурс лопаток ГТУ

+ 1.3. Структура и свойства материалов, применяемых для изготовления лопаток ГТУ

1.4. МЕТОДЫ прогнозирования остаточного ресурса лопаток

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы исследования

2.2. Методы исследования

2.2.1. Метод реплик и последующее металлографическое исследование

2.2.2. Методика металлографического и электронно-микроскопического исследования

2.2.3. Методика рентгеноспектрального микроанализа

2.2.4. Методики фазового и рентгеноструктурного анализа
ф ГЛАВА 3. ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1. Образование коррозионно-механических повреждений турбинных лопаток
3.1.1. Причины попадания в проточную часть ГТУ серосодержащих соединений
3.1.2. Влияние серосодержащих соединений в проточных частях приводных ГТУ на работоспособность лопаток
3.2.0БРАЗОВАНИЕ ТЕРМОУСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В ТУРБИННЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЛОПАТКАХ
3.3. ТРЕЩИНЫ В ПОКРЫТИИ
ф 3.4. УСТАЛОСТНЫЕ РАЗРУШЕНИЯ ЛОПАТОК
3.5. Эрозия лопаток
3.6. Образование дефектной структуры
3.7. Язвенная коррозия лопаток компрессора
3.8. Образование структуры, свидетельствующей о перегреве металла
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, СТРУКТУРУ МЕТАЛЛА ЛОПАТОК И СОСТОЯНИЕ ИХ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
4.1. Влияние длительной эксплуатации на механические свойства
4.2. Влияние длительной эксплуатации на структуру материалов
4.2.1.Изменения структуры жаропрочных сплавов на никелевой
основе в процессе эксплуатации лопаток
ф 4.2.2. Исследование микроструктуры металла рабочих лопаток из стали ЭП428
4.3. Влияние условий эксплуатации на состояние поверхностного слоя лопаток
4.3.1. Изменение глубины обезлегированного слоя в лопатках без покрытий
4.3.2. Изменение состояния поверхности турбинных лопаток без покрытий и с покрытиями
4.3.3. Изменение состояния поверхности лопаток компрессоров
4.4. Исследования влияния перегревов
* 4.5. Исследование влияния качества литья лопаток
ГЛАВА 5. РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ЛОПАТКАХ
5.1. Расчеты прочности лопаток ГТК-25И
5.1.1 Расчет местных упругих напряжений
5.1.2. Изучение процессов перераспределения напряжений
5.2. Напряжения в лопатке ГТК-10
5.3. Напряжения в лопатках ГТ-6-750ЦТН-6) УТМЗ, ГТ-750-6 НЗЛ, ГТН-25-1 УТМЗ, ГТН-16 УТМЗ
5.4. Запасы статической прочности лопаток в зависимости от длительности эксплуатации
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ И ПРОДЛЕНИЯ РЕСУРСА ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ГТУ
6.1. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
6.2. Методика контроля лопаток компрессоров
6.3. ВОССТА!ЮВИТЕЛЫIАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
ЛОПАТОК ГТУ
ПРИЛОЖЕНИЕ
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ЛОПАТОК
ПОСЛЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Актуальность темы.
На компрессорных станциях (КС) газопроводов России и СНГ эксплуатируется большое число различных газотурбинных установок как отечественного, так и иностранного производства, максимальная наработка которых в настоящее время составляет более 100000 часов. Лопаточный аппарат газотурбинной установки (ГТУ) составляет основную ее часть, определяющую ресурс и стоимость ГТУ. Для изготовления лопаток применяются различные материалы, покрытия и технологии. Многие комплекты лопаток отработали нормативный ресурс. При проведении среднего или капитального ремонта стационарных ГТУ доля затрат на замену или ремонт лопаточного аппарата составляет 30 -5-70 % от стоимости ремонта газоперекачивающего агрегата. В связи с ростом температуры перед турбиной высокого давления, достигающей сегодня для ГТН-25-1 1090°С, и резким снижением в связи с этим ресурса лопаточного аппарата затраты на его ремонт еще больше возрастают и достигают 83 % от стоимости ремонта агрегата. В настоящее время интенсивно проводятся работы по управлению ресурсом газотурбинных агрегатов и отдельных их узлов и деталей. Важным направлением таких работ является прогнозирование и продление ресурса лопаточного аппарата стационарных ГТУ.
В этой связи задачи, связанные с управлением ресурсом металла лопаточного аппарата стационарных ГТУ сверх нормативного, являются актуальными, требующими для их решения проведения целенаправленных исследований.
Цель и задачи работы
Целью работы является разработка основных принципов продления ресурса металла лопаток стационарных ГТУ с учетом изменений его
Глава 3. Повреждения лопаток при эксплуатации
Рассмотрим виды повреждений лопаток, выявленные при обследовании состояния лопаток в процессе длительной эксплуатации, и проведем анализ их влияния на ресурс ГТУ. В качестве примера в таблице 3.1. дано описание дефектов, обнаруженных в процессе эксплуатации ГТУ на КС ООО «Мострансгаз» в течение 2003-2005 гг. К числу наиболее распространенных дефектов следует отнести следующие:
- образование трещин и перегревы направляющих лопаток ТВД ГТ-6-750 УТМЗ после наработки 9800-38000 часов,
- образование трещин в направляющих лопатках ТВД ГТК-25ИР после наработки 15800-109000 часов,
- образование трещин в рабочих и направляющих лопатках ОК ГТ-750-6 НЗЛ после наработки 9100-71000 часов.
Настоящая Глава IIосвящена изучению природы образования повреждений лопаток после различных сроков эксплуатации.
3.1. Образование коррозионно-механических повреждений турбинных лопаток.
3.1.1. Причины попадания в проточную часть ГТУ серосодержащих соединений.
Проведенные методами РСМА и фазового анализа исследования поверхностного слоя лопаток различных ГТУ после длительной эксплуатации позволили установить в окисном слое наличие не только оксидов хрома, но и сульфидов никеля (см. рис.3.1). Вопросы попадания в проточную часть газовых турбин, работающих на природном газе, серосодержащих соединений рассматривались в конце 70-х - начале 80-х годов прошлого столетия [60 ]. Было установлено наличие корреляции между интенсивностью коррозионного повреждения лопаток и географическим расположением КС в почвенноклиматической зоне. К главным причинам коррозии лопаток ГТУ,