§ 84. Разрушения и неполадки в проточной части турбин

Рабочие лопатки турбин работают в тяжелых условиях: на них бездействуют большие центробежные силы, потоки пара высокой скорости и температуры, а также переменные нагрузки. Наиболее часто наблюдается усталостное разрушение лопаток турбин, бандажей и бандажной проволоки. Усталостные разрушения возникают вследствие того, что собственная частота колебаний лопаток совпадает с частотой возмущающей силы, т. е. лопатки попадают в резонанс. Такие разрушения чаще происходят в регулирующих ступенях, вблизи мест расположения отборов и в последних ступенях турбин. В регулирующих ступенях почти всегда рабочие лопатки работают в условиях резонанса. Особенно большие нагрузки они испытывают при одном открытом регулирующем клапане. При этом неравномерность потока пара перед рабочими лопатками регулирующей ступени достигает наибольшего значения.

На рабочие лопатки, расположенные вблизи отборов, также воздействует неравномерный поток пара. Сила, воздействующая на лопатки при каждом обороте, тем больше, чем больше расход в отбор. Лопатки последних ступеней, работающие в условиях низких температур, имеют большие размеры, и центробежные силы, воздействующие на каждую из них, составляют примерно 10⁶H. Частота переменных усилий, действующих на лопатку со стороны пара, зависит от частоты вращения ротора. Даже при небольшом снижении частоты вращения лопатки последних ступеней могут попасть в резонанс и разрушиться через короткое время. Частота-вращения ротора турбины зависит от частоты электрического тока сети, в которую включен генератор, следовательно, работа при пониженной частоте недопустима.

Приусталостном разрушении происходит отрыв части или всей лопатки, части бандажа или бандажной проволоки. Отрыв одной рабочей лопатки обычно приводит к поломке всех других данной ступени, а также к повреждению сопловых лопаток соседней ступени. Внешне повреждение рабочих лопаток проявляется в появлении слышимых металлических звуков и необычных шумов внутри турбины. Если слышны удары различной силы в области проточной части или явно посторонние звуки, турбину немедленно останавливают.

Внезапная сильная вибрация ротора возникает при поломке тяжелых длинных лопаток последних ступеней и задеваниях в проточной части турбины. Лопатки проточной части высокого и среднего давления, как правило, не пробивают толстостенный корпус и остаются внутри. Тяжелые лопатки последних ступеней при обрыве могут пробить тонкостенный корпус части низкого давления и крышу здания электростанции. В месте вылета лопатки на корпусе турбины остается рваное отверстие, через которое в часть низкого давления поступает воздух.

О поломке нескольких рядов лопаток судят по снижению нагрузки при постоянном расходе пара (особенно при эксплуатации реактивных турбин). В этом случае давление пара в промежуточных ступенях становится выше номинального.

Каждая из этих причин служит основанием для останова турбины независимо от того, наблюдались другие или нет.

Причиной поломки лопаточного аппарата может служить также попадание влаги в проточную часть турбины при гидравлическом ударе в трубопроводе. При этом резко уменьшается температура свежего пара, из вестовых труб, фланцев паропровода и стопорного клапана появляется влажный пар белого цвета, увеличивается осевой сдвиг ротора, слышен металлический шум, появляются удары в корпусе, и турбину следует немедленно остановить.

Повреждение рабочих лопаток не всегда сопровождается их поломкой. Последние ступени мощных турбин, а также турбины атомных электростанций, работающие на влажном паре, подвергаются интенсивной эрозии. Прежде всего разрушаются вершины рабочих и сопловых лопаток, где велики содержание влаги в потоке и его скорость. Как правило, рабочие лопатки подвергаются эрозии со стороны входной кромки, а сопловые – со стороны выходной. Лопатки, поврежденные эрозией, легко обнаруживают при очередном ремонте и заменяют. Лопатки первых ступеней турбин покрываются окалиной, остающимся после монтажа или ремонта мелким сварочным градом. Их поверхность становится шероховатой, входные кромки имеют вмятины и загибы. В зависимости от состояния и наличия трещин такие лопатки при ремонте заменяют.

Диафрагмы турбин повреждаются меньше, чем рабочие лопатки. Разрушение диафрагм возможно лишь при сильном гидравлическом ударе или массовом отрыве рабочих лопаток. Типичным признаком неполадок в работе диафрагм является пропаривание в горизонтальном разъеме. В увеличенный зазор между верхней и нижней половиной диафрагмы начинает поступать значительное количество пара. Для самой диафрагмы эта протечка неопасна, однако в рабочих лопатках данной ступени возникают дополнительные напряжения, связанные с увеличением неравномерности потока пара по окружности. Увеличение зазоров между верхом и низо'м диафрагмы может появиться из-за неправильной сборки или размыва влажным паром.