Металлы турбин атомных электростанций
При выборе материалов необходимо учитывать следующие основные особенности работы турбинных установок АЭС:
1. Повышенные требования к надежности.
2. Повышенные требования к сопротивляемости материалов коррозии, щелевой и ударной эрозии.
3. Предотвращения возникновения в одноконтурных установках остаточной гамма – радиации.
1. Щелевой эрозии (размыв поверхности материала детали струей влажного пара, проходящего через щель с большой скоростью) подвергаются цилиндры, обоймы, диафрагмы по плоскостям их размеров
Составление стойкости материалов, рекомендуемых к применению в турбинах АЭС, против щелевой эрозии дается в таблице.
Таблица
Группа стойкости | Балл | Эрозийная стойкость по отношению к ст. 12Х18Н10Т | Материал |
Весьма стойкие | 1,5 | Стеллит ВКЗ Титановые сплавы: ВТ5; ТС5 | |
Стоикие | 0,75 - 1,5 | Аустенитные хромоникелевые стали марок: 08Х18Н10Т; 12Х18Н10Т; 12Х18Н10ТЛ; ХН35ВТ; 31Х19Н9МВБТ | |
0,25 - 0,75 | Мартенентостареющая нержавеющая сталь марки ЭП410У-Ш. Хромистые нержавеющие стали: 08Х13; 12Х13; 20Х13; 30Х13; 40Х13; 12Х13Л; 20Х13Л; 15Х11МФ; 15Х12ВНМФ | ||
Пониженной стоикости | 0,15 - 0,25 | Кованные легированные перлитные стали, содержащие 1 – 3% хрома, термически обработанные на КП-50 ÷ КП-75 (по теории прочности: 35Х; 40Х; 30ХМА; 35ХМ; 25Х1МФ; 25Х2М1Ф; 20Х1М1Ф1ТР; 32ХМ1А; 34ХН1МА; 34ХН3МА). | |
0,05 – 0,15 | Кованные и литые перлитные стали, содержащие 1-2% хрома, термически обработанные на КП-25 ÷ КП-50: 15ХМ; 20ХМ; 20ХМЛ; 15Х1МФ и.т.д. и их сварные соединения |
2 Ударной эрозии подвергаются рабочие лопатки, бандажи, демферные связи последних ступеней турбин. Интенсивность эрозийного износа зависит от влажности пара, размера капель и скорости их соударения с поверхностью детали.
Стойкость конструкционных материалов против ударной эрозии.
Таблица
Балл статности | НВ более | Материалы |
Твердые сплавы типа стеллит | ||
Хромистая нержавеющая сталь марок 15Х11МФ, 20Х12ВНМФ в закаленном виде | ||
Титановый высокопрочный сплав ТС-5 | ||
Мартенентостареющая нержавеющая сталь марки ЭП41ОУ-Ш | ||
Титановый сплав ВТ-5 | ||
Хромистые нержавеющие стали, термообработанные на КП 50-70: 15Х11МФ, 20Х12ВНМФ, 20Х13 | ||
Аустенитная хромоникелевая нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т |
Для лопаток большинства ступеней, кроме последних, а также для бандажей и демпферных связей можно применять материалы, имеющие балл стойкости 3-5.
Выходные кромки лопаток последних ступеней даже защищенные наиболее стойкими материалами (балл 1-2), все же подвергают некоторому эрозийному разрушению, особенно в начальный период работы турбины.
3 Остаточная радиация
Возникновение остаточной реакции в турбине и других агрегатах машинного зала в основном является следствием отложения в них продуктов коррозии, содержащих радиактивные изотопы: Cr51, Mn59, Co58, Fe59, Zn65, Co60. Наибольшую биологическую опасность представляют долгоживущие изотопы, в первую очередь Со60 и в значительно меньшей степени Zn65.
Источником Со60 могут являться твердые сплавы на кобольтовой основе. Применение таких сплавов в одноконтурных установках не рекомендуется.
Кроме того, источником кобольта могут являться так же стали, легированные никелем. В сталях, содержащих до 30% никеля государственными стандартами предусмотрено содержание кобальта менее 0,05%. Но для этого при производстве стали необходимо применять чистый никель марок Н-О, Н-1У, Н-1 и т.д.
При использовании никелевых сталей в одноконтурных установках необходимо проведение контроля на содержание кобольта, особенно в томслучае, если коррозионная стойкость этих сталей мала.
В одноконтурных установках применение сплавов, содержащих цинк, должно быть сведено к минимуму.
Качество радиоактивных отложений определяется интенсивностью коррозийного воздействия воды на металл оборудования, входящего в контур.
Как показывает практика, в общей радиоактивности доля отложений материала с поверхностей, расположенных вне активной зоны, составляет около 10%.
Количество металла, превращающегося в течении 105 часов в продукты коррозии в воду, содержащей кислород, показано на рисунке.
а – углеродистые и низколегированные стали (до 5% хрома)
б – хромистые нержавеющие стали (Ст > 11%)
в – нержавеющие аустенитные хромоникелевые стали (Ст > 15%; Ni > 8%)
При расчетах на радиоактивность количество продуктов коррозии, уносимых водой, следует принимать равным 50% от их общего количества.
34. Внутренний к.п.д. ηoi активной ступени
Внутренние потери, повышающие теплосодержание пара так же как и потери, возникающие на рабочих лопатках, откладываются в is-диаграмме при построении процесса расширения пара на ступени.
Под внутренним к.п.д. понимаем отношение
Основным критерием для выбора оптимального отношения u/C1 служит не (ηu)мах, а внутренний к.п.д. (ηi)мах, так как величина потери на трение и вентиляцию так же зависит от отношения u/C1.
Внутренняя работа массы 1 кг пара
, Дж/кг
Пренебрегая потерями на утечку и на влажность, которые не зависят от отношения u/C1 можно написать для активной ступени
Для коэффициента потерь от трения и вентиляции мы уже имели выражение
но поскольку , то
Поскольку и есть функции отношения u/C1, то для определения наивыгоднейшего отношения u/C1, при котором достигается максимальное значение , задаются несколькими произвольными значениями u/C1 в пределах 0,2-0,4. Затем по известной скорости C1 находят u, а по ней диаметр диска d1.
По формуле при заданном ld для различны u/C1 определяют парциальность ε. Затем вычисляют для различных u/C1 величину и . Далее определяют окружной к.п.д. и строят кривую зависимости от u/C1.
На этом графике наносят кривую и затем вычитают из значения , получают
Максимум последней кривой определит наивыгоднейшее отношение u/C1.
Все расчеты обычно сводятся в таблицу
Таблица
u/C1 | 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 |
u, м/сек | |
d, м | |
ld, мм | |
ε | |
ls, мм | |
Nтв | |
ηu | |
ξтв | |
ηi |
- определяют по С1
- по скорости u
- задают
- по формуле
- задают ls = ld + 2÷4 мм
- по формуле
- по формуле Банки
- по формуле
-
Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 1806;