Износ рабочих лопаток дымососов и упрочняющие покрытия для повышения износостойкости

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены причины износа рабочих колес дымососа ДОД41-500. Изучены условия эксплуатации, существующие способы восстановления и упрочения поверхности рабочих лопаток. Для увеличения ресурса службы рабочих лопаток предложен способ комбинированной наплавки, которая имеет малую зону термического влияния, высокую прочность сцепления с поверхностью рабочих лопаток.

ABSTRACT

The article discusses the reasons for the wear of the working rings of the DOD41-500 smoke exhauster. The operating conditions, existing methods of restoring and hardening the surface of the rotor blades have been studied. To increase the service life of the rotor blades, a method of combined surfacing is proposed, which has a small heat-affected zone, high adhesion strength with the surface of the rotor blades.

Ключевые слова: дымосос, абразивный износ, эрозия, газоабразивный износ, наплавка.

Keywords: smoke exhauster, abrasive wear, erosion, gas abrasive wear, surfacing.

Энергетические блоки бывших стран СНГ, использующие в качестве топлива уголь для удаления уходящих газов укомплектованы дымососами DОD-41-500. Температура уходящих газов на входе в диффузор дымососа находится в пределах 200-230 °С.

Техническая характеристика дымососа DОD41-500 приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Техническая характеристика дымососа DОD41-500

В потоке уходящего газа имеются твердые частицы золы различных форм и размеров. Фракция частиц меняется в зависимости от условий эксплуатации и находится в пределах 0,5-3,0 мм. Наличие твердых частиц и большая скорость потока уходящего газа сопровождается интенсивным эрозионно-абразивным износом проточной части дымососа, особенно лопаточного аппарата. Эрозионно-абразивный износ в этом случае называется еще газо-абразивным износом. [1,2]

В зависимости от фракции и веса твердых частиц их траектория во многих случаях не совпадают с направлением потока газов в проточной части дымососа. В результате соударения с поверхностями рабочей лопаток, направляющих аппаратов и защитной брони корпуса твердые частицы способствуют газо-абразивному износу поверхностей.

Соударение частиц вызывая эрозию поверхности рабочих лопаток, ухудшают аэродинамические характеристики дымососа. Появление питтингов на поверхности и в результате изменение формы лопаток оказывает определяющее влияние на аэродинамические характеристики дымососа.

На характеристику условий работы дымососа в основном оказывает влияние изменение геометрии лопаток и проточной части. Соударение оказывает сильное влияние на радиальное и окружное распределение частиц после каждого установленного по ходу потока неподвижных, рабочих и направляющих лопаток.

Отскоки частиц от поверхностей лопаток меняет их траекторию и скорость, притом скорость твердых частиц после каждого отскока может быть отличной от скорости общего потока. Если учесть, что плотность твердых частиц еще могут отличаться друг от друга, то и траектории отскоков также различается между собой.

Расчет эрозионно-абразивного износа лопаток представляет очень сложную задачу. Износ зависит от многих факторов, таких как изменение геометрии лопаток в процессе эксплуатации, характеристики частиц, материала лопаток, от режима работы, разностью скоростей в осевом, окружном и радиальных направлениях и др. Так же меняется угол соударения частиц по ходу потока с поверхностями неподвижных, направляющих лопаток и лопатками I и II ступеней.

В результате износа лопаток уменьшается производительность дымососа и требуется изменение режима эксплуатации поворотом закрылков направляющих аппаратов на угол -25…30°.

Работа в таком режиме увеличивает вибрационные напряжения и способствует появлению усталостных трещин. Значительное ухудшение вибрационного состояния и связанное с ним развитие усталостных трещин может привести к поломке рабочих лопаток.

Интенсивному износу подвергаются входные кромки рабочих лопаток, обратная сторона выходных кромок. Износ входной кромки приводит к изменению траектории потока уходящих газов, изменению производительности и вибрационного состояния дымососа.

Наблюдения за работой дымососов показали, что при износе хорды лопаток до 60мм, что составляет ориентировочно 10% от общей длины хорды, рабочая мощность блока можно не ограничивать. Уменьшение же хорды более 110мм вызывает снижение рабочей мощности энергоблока на 6-8%, что составляет в среднем 20-МВт. Уменьшение рабочей мощности связано недостатком тяги дымососов.

Лобовые части неподвижных лопаток и брони проточной части на местах установки поворотных закрылков также повергаются износу отскакивающими частицами потока.

На интенсивность износа входных кромок лопаток сильно влияет содержание твердых частиц в потоке газа. Лопатки заводского изготовления при сжигании угля Ангренского месторождения изнашиваются на 60-70 мм по хорде в среднем за 1000час. –рис. 1. При образовании клиновидного участка с углом при вершине более 50° интенсивность износа начинает возрастать.

В период наработки блоков 3000-4000 ч. происходит ускорение износа за счет изменения профиля лопаток –рис. 2.

Износ входных кромок приводит к изменению траектории уходящих газов. Изменение траектории потока влечет за собой износ периферийной части лопатки и выходных кромок лопатки. Величина износа по высоте рабочей лопатки достигает 65-75 мм, выходных кромок 20-30мм.

В настоящее время в странах СНГ в зависимости от состояния лопаток применяются различные способы восстановления размеров, упрочнения поверхностей. В частности в энергосистеме России и Казахстана применяется плазменное напыление сплавом СНГН, наплавка электродами КБХ,  Т-590, порошковой проволокой ПП-АН170, аргоно-дуговая наплавка, напайка твердосплавных пластин Т15К6. Восстановление и упрочнение наплавочными электродами Т-590 применяется широко из-за простоты выполнения наплавки на поверхностях лопаток, имеющих аэродинамически закрученные профили. Такая наплавка не обеспечивает эффективную защиту поверхности.

При наплавке электродами Т-590 основной металл нагревается до 1500° С, что вызывает рост зерен, твердости и хрупкости в зоне термического влияния и снижение пластичности, поверхность получается чешуйчатой, ухудшается аэродинамические характеристики.

Опыт эксплуатации восстановленных и упрочненных лопаток показали, что значительная зона термического влияния, разность коэффициентов теплового расширения условия теплоотвода после наплавки могут вызвать усталостные трещины. В зоне максимальных напряжений происходит снижение усталостной прочности металла. Высокие значения сжимающих напряжений в наплавленном металле при знакопеременных напряжениях могут привести к разрушению лопаток.

В целях увеличения срока службы лопаток были проведены экспериментальные работы по наплавке изношенных участков комбинированной наплавкой.

Известно, что при сварке электродами с толстым покрытием на больших токах наблюдается мелкокапельный перенос металла с редкими замыканиями дугового промежутка. Наплавка электродами       Т-590 в данном случае приводит к значительному увеличению зоны термического влияния и ухудшению механических свойств в зоне перехода основной металл-покрытие.

Повышенная твердость наплавленного металла при ударе твердых частиц о поверхность лопатки приводит к сколу участка металла.

Для уменьшения влияния зоны термического влияния, повышения качество поверхности наплавленного металла были проведены эксперименты комбинированной наплавкой. При комбинированной наплавке наплавленный металл состоит из слоя, обеспечивающего пластичность и прочность сцепления с металлом лопатки и твердого износостойкого слоя.

В начале накладываются ряд валиков электродами МР или АНО. Расстояние между валиками 7-9 мм. Далее накладывается валики электродом Т-590 или Т-620 между ранее наложенными валиками. Комбинированная наплавка при тех же режимах, как при обычной наплавке электродами Т-590, обеспечивает струйный мелкокапельный перенос металла. Струйный мелкокапельный перенос обеспечивается за счет увеличения площади дуги ранее наложенными валиками. Уменьшается зона термического влияния, улучшается качество наплавленной поверхности.

Для установки новых рабочих лопаток двух ступеней необходимо более 700 кг электродов. Общая продолжительность ремонтных работ при замене рабочих лопаток составляет 14-16 суток.

Выводы

1. Наплавка износостойкими электродами не обеспечивают достаточный ресурс работы дымососов. Повышенная твердость наплавленного металла повышает его хрупкость, увеличивается зона термического влияния.
2. Для повышения эксплуатационных свойств восстановительные работы и упрочняющие наплавки при ремонте дымососов рекомендуется выполнять комбинированной наплавкой.
3. Профиль рабочих лопаток необходимо восстанавливать согласно заводских чертежей во избежание негативных влияний ремонтных работ на условия эксплуатации.

Список литературы:

1. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. М.1982 г.
2. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. –M.: Наука, 1970-128с.
3. Крагельский И.В. Трение и износ. –М.: Машиностроение, 1968. -480с.
4. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов.  Вища школа. Киев. 1976.
5. Эргашев М., Саъдуллаев З.Ш. Гидроабразивный износ деталей насосов, работающих в абразивной среде. Сборник Кар ЭИИ. «Перспективы эффективного использования ресурсосберегающих инновационных технологий и технике в сельском хозяйстве», 2019г. с. 398-400.