Warum Dampfturbinenschaufeln in Nassdampfstufen durch Wassertropfenerosion beeinträchtigt werden

Erosion durch Wassertropfen tritt häufig an Dampfturbinenschaufeln auf, die in Nassdampfstufen betrieben werden, insbesondere im Bereich der exponierten Vorderkante.

Während des Betriebs strömen kondensierte Wassertropfen durch den Dampfkanal und treffen wiederholt mit hoher Relativgeschwindigkeit auf die rotierenden Schaufeln. Zunächst können kleine Vertiefungen und raue Stellen auftreten. Bei fortgesetzter Einwirkung dehnen sich diese Bereiche aus, und das ursprüngliche Profil der Vorderkante verliert allmählich Material.

Bei Turbinen, die mit Erosionsschutzschilden ausgestattet sind, kann die gleiche Art von Verschleiß schließlich auch am Schutzstreifen sichtbar werden.

Wie sich Wassertropfen in Nassdampfphasen bilden

Dampfdruck und -temperatur nehmen ab, wenn sich der Dampf in der Turbine ausdehnt.

In späteren Niederdruckphasen tritt ein Teil des Dampfes in den Nassbereich ein und kondensiert zu Flüssigkeit. Die entstehenden Tröpfchen durchlaufen den Dampfweg mit unterschiedlichen Größen und Flugbahnen.

Die Schaufelgeschwindigkeit erzeugt eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen der rotierenden Schaufel und den einströmenden Tropfen. Die tatsächliche Erosionsbelastung variiert je nach Dampfbedingungen, Tropfengröße, Schaufelgeometrie, Drehzahl und Betriebsbedingungen.

Dies ist auch der Grund, warum sich die Erosionsmuster zwischen verschiedenen Turbinenkonstruktionen unterscheiden können, selbst wenn beide in Nassdampfumgebungen betrieben werden.

Wie wiederholter Tropfenaufprall die Klinge beschädigt

Ein einzelner Wassertropfen erzeugt nur eine sehr kleine Aufprallfläche, aber der Effekt ändert sich, wenn derselbe Bereich über einen längeren Zeitraum wiederholt getroffen wird.

Wiederholte Stöße erzeugen lokale Verformungen und kleine Oberflächenvertiefungen. Mit zunehmender Anzahl und Überlappung der Vertiefungen wird die Klingenoberfläche rauer und es werden nach und nach geringe Materialmengen abgetragen.

Die beschädigte Oberfläche bietet dann mehr freiliegende Kanten und unregelmäßige Bereiche für nachfolgende Tropfen, sodass die Erosion immer sichtbarer wird.

Die chemische Zusammensetzung des Kondensats kann auch das Erscheinungsbild und die Ausbreitung der Schädigung beeinflussen. Nassdampf kann gelösten Sauerstoff, Chloride, Sulfate und andere Bestandteile enthalten, die zu korrosionsbedingten Oberflächenschäden beitragen.

Im realen Turbinenbetrieb können daher der mechanische Aufprall von Wassertropfen und die Nassdampfumgebung gleichzeitig auf der gleichen Schaufelfläche auftreten.

Typische Bereiche der Wassertropfenerosion an Dampfturbinenschaufeln

An den Vorderkanten von Niederdruckturbinenschaufeln ist häufig Erosion durch Wassertropfen zu beobachten, insbesondere in späteren Bereichen mit starker Nassdampfexposition.

Typische Oberflächenmerkmale sind lokale Poren, aufgeraute Stellen, Kantenrückgänge und ein allmählicher Verlust des ursprünglichen Profils.

Das Schadensmuster variiert je nach Schaufelgeometrie und Dampfströmung. Einige Schaufeln weisen einen schmalen Erosionsstreifen auf, während sich bei anderen ein breiterer, aufgerauter Bereich entlang eines Teils der Vorderkante ausbreitet.

Die in diesen Regionen installierten Erosionsschutzschilde aus Kobaltlegierung sind dem direkten Aufprall von Wassertropfen ausgesetzt. Nach langjährigem Einsatz können an der Schildoberfläche Lochfraß, Materialausdünnung oder Profilverlust auftreten.

Warum Kobaltlegierungen für Turbinenschaufelschutzstreifen verwendet werden

Kobaltlegierungen blicken auf eine lange Geschichte in verschleiß- und erosionsbeständigen Anwendungen zurück, da sie eine gute Beständigkeit gegen mechanischen Oberflächenverlust mit Korrosionsbeständigkeit verbinden.

Bei Dampfturbinenschaufeln bildet der Kobaltlegierungsstreifen die freiliegende Schutzfläche entlang des Bereichs, der dem konzentrierten Tropfenaufprall ausgesetzt ist.

Die Kobaltlegierungen 6 und 6B werden beide in Anwendungen zum Schutz von Turbinenschaufeln eingesetzt.

Die Kobaltlegierung 6 gehört zur Familie der Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen und ist in verschiedenen Herstellungsverfahren erhältlich.

Die Kobaltlegierung 6B ist eine gewalzte Kobaltlegierung, die üblicherweise als Blech, Platte oder Stange geliefert wird. Ihre gewalzte Produktform eignet sich besonders für dünne, gebogene Erosionsschutzschilde aus Blech oder Platte.

Die Legierungsbezeichnung eines Ersatzbauteils stammt üblicherweise aus der Turbinenzeichnung, der historischen Materialdokumentation oder der bestehenden Bauteilspezifikation.

Was passiert, wenn sich der Schutzstreifen abnutzt?

Ein Turbinenschaufelschutzstreifen ist selbst eine Arbeitsfläche.

Nach längerer Einwirkung von Nassdampferosion können an der Vorderkante des Streifens Poren, Oberflächenrauheit, Materialausdünnungen oder Einbrüche auftreten. Ausmaß und Position des Materialverlusts hängen von den lokalen Aufprallbedingungen der Wassertropfen und der Geometrie des Schaufelblatts ab.

Bei der Turbinenüberholung werden oft auch verschlissene Schutzstreifen zusammen mit dem umgebenden Schaufelbereich überprüft.

Bei Austauschprojekten liefert die vorhandene Bandgeometrie wichtige Fertigungsinformationen. Krümmung, Dicke, Querschnitt, Länge und Kantenform können zwischen den Turbinenstufen variieren, selbst wenn die gleiche Kobaltlegierungssorte verwendet wird.

Dadurch werden die Schutzleisten für Dampfturbinenschaufeln zu hochgradig zeichnungsspezifischen Bauteilen und nicht zu standardmäßigen geraden Kobaltlegierungsleisten.

Maßgefertigte Schutzleisten aus Kobaltlegierung für Dampfturbinenschaufeln

SYTOP liefert fertige Dampfturbinenschaufelschutzleisten aus Kobaltlegierung 6 und Kobaltlegierung 6B gemäß Kundenzeichnungen.

Kundenspezifische Fertigung kann verschiedene Bereiche umfassen:

• Krümmungen

• Streifenlängen

• Dicken

• Querschnittsprofile

• Kantengeometrien

• Oberflächenanforderungen

• Materialspezifikationen

Materialzertifikate und Maßprüfberichte können ebenfalls mit den fertigen Bauteilen geliefert werden. Zusätzliche Prüfungen können, sofern in der Projektdokumentation vorgesehen, durchgeführt werden.

Bei Austauschprojekten liefern die Kunden üblicherweise die vorhandene Bauteilzeichnung, die Legierungsbezeichnung, die Menge und die verfügbaren Prüf- oder Materialaufzeichnungen.

Senden Sie Ihre Anforderungen an Dampfturbinenschaufelstreifen per WhatsApp/WeChat:+86 130 0924 9727odersales@cocralloy.comauf Anfrage.