PL167643B1 - Powloka dla czesci turbiny parowej i towarzyszacych powierzchni stalowych PL - Google Patents

Abstract

1. Powloka dla czesci turbiny parowej i towarzyszacych powierzchni stalowych, znamienna tym, ze sklada sie z warstwy majacej postac termicznego natrysku stopu zawierajacego 20 do 45%, a korzystnie 22 do 30% wagowych chromu, 5 do 15%, ko- rzystnie 5 do 8% wagowych aluminium oraz 0 do 5%, a korzystnie 0 do 3% wagowych molibdenu, a reszte skladu stanowi stal, przy czym wnetrze powloki zawiera powstale podczas procesu powlekania tlenki chromu i aluminium otoczone osnowa stalowa na- tomiast zewnetrzna powierzchnie tej powloki stykajaca sie z powietrzem stanowi zwarta warstewka tlenków chromu i aluminium. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest powłoka dla części turbiny parowej i towarzyszących powierzchni stalowych.

Powłoka według wynalazku jest przeznaczona do zabezpieczania wewnętrznych powierzchni części turbiny parowej oraz towarzyszących rurociągów i przegrzewaczy pary ulegających zużyciu erozyjnemu i korozyjnemu w wyniku działania gorącej pary wodnej.

Jak stwierdzono w szwedzkim opisie patentowym, zgłoszeniu patentowym nr nr 762 881 i 771 073 powierzchnie stalowe polegające działaniu gorącej pary przy wysokich ciśnieniach i prędkościach przepływu ulegają szybkiemu erozyjnemu i korozyjnemu zużyciu.

Uszkodzenia wywołane przez ubytki korozyjne mogą powodować potrzebę wypełniania ubytków i napraw spawalniczych, które są trudne do przeprowadzenia, lub nawet mogą powodować potrzebę wymiany obudowy turbiny i rurociągów.

Takie naprawy i wymiana sprzętu powodują wyłączenie obiektu z ruchu, co prowadzi do dużych strat finansowych wynikających z ograniczenia produkcji. Jest to szczególnie problemem w dużych elektrowniach jak na przykład w elektrowniach jądrowych.

Dla zabezpieczenia urządzeń turbin stosowane były przykładowo następujące powłoki:

- powłoka ceramiczna ze stopem niklowo-aluminowym w warstwie przylegającej do metalu. Grubość tej warstwy wynosi 10-25 pm, a grubość powłoki ceramicznej 50-250 pm

- powłoka metaliczna, tak zwana powłoka trójwymiarowa, w której warstwa przylegająca ze stopem niklowo-aluminiowym ma grubość (t = 50-100 pm), warstwa pośrednia ze stali chromowej (około 13% Cr, grubość około 200 pm), i warstwa powierzchniowa ze stali nierdzewnej lub stali kwasoodpornej (zawartość Cr około 18%, Ni 5-8% i Mn około 8%, grubość około 200 pm).

Powłoki ceramiczne wykazują przykładowo takie wady jak niską odporność na uderzenia (gdy np. ciało obce dostanie się do wnętrza turbiny lub rurociągu, może wywołać pęknięcie powłoki), bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej w porównaniu do współczynnika dla stali węglowej, co powoduje, że duże lub szybkie zmiany temperatury mogą prowadzić do pękania powłoki. Pęknięcie powłoki z kolei wywołuje szybkie lokalne uszkodzenie materiału podłoża. Ponadto powłoki ceramiczne są dobrymi izolatorami. Powłoka obudowy turbiny z materiału ceramicznego może zakłócić cieplne przewodnictwo we wnętrzu turbiny i spowodować nieoczekiwane odkształcenia w czasie pracy. Powłoki ceramiczne utrudniają wykonywanie zabezpieczeń powierzchni uszczelniających podlegających obróbce mechanicznej. Powłoka może posiadać twardość wyższą od 1000 HV, co powoduje, że jest

167 643 trudna do obróbki, a także ma tendencję do pękania. Problemem jest również osiągnięcie odpowiedniej grubości warstwy powłokowej ceramicznej przy pokrywaniu wnęk urządzeń.

Tak zwana powłoka trój warstwowa pracuje zadowalająco w systemach rurociągowych. Jednakże powłoka taka posiada liczne wady: w powłoce trój warstwowej każda granica między różnymi warstwami stanowi dużą barierę dla przewodzonego ciepła, co może wywołać powstanie problemów związanych z przewodnictwem ciepła w obudowie turbiny, podobnych do występujących przy powłokach ceramicznych. W przypadku konieczności pokrycia wnęk konstrukcyjnych, które wymagają obróbki mechanicznej powstaje niebezpieczeństwo, że obrobiona powierzchnia przetnie poszczególne warstwy. Natomiast w przypadku uszkodzenia trójwarstwowej powłoki podczas pracy urządzenia, przykładowo w wyniku miejscowej erozji, naprawa wymaga całkowitego usunięcia starej powłoki, a następnie nakładania nowej, warstwa po warstwie.

Podstawowym celem niniejszego wynalazku jest uzyskanie powłoki dla części turbiny parowej i towarzyszących powierzchni stalowych, które można zastosować do zabezpieczenia obudowy, przegród, rurociągów, przegrzewaczy i innych części turbiny parowej, tak, aby zapewnić trwałą ochronę dobrze funkcjonującą w występujących warunkach. Dalszym celem wynalazku jest zapewnienie, aby powłoka mogła być nakładana na miejscu zainstalowania urządzeń w sposób szybki i tani, oraz żeby powłoka mogła być stosowana na powierzchniach wymagających obróbki mechanicznej.

Powłoka według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się z warstwy mającej postać termicznego natrysku stopu zawierającego 20 do 45% korzystnie 22 do 30% wagowych chromu, 5 do 15% a korzystnie 5 do 8% wagowych aluminium oraz 0 do 5%, a korzystnie 0 do 3% wagowych molibdenu, a resztę składu stanowi stal, przy czym wnętrze powłoki zawiera powstałe podczas procesu powlekania tlenki chromu i aluminium otoczone osnową stalową, natomiast zewnętrzną. powierzchnię tej powłoki stykającą się z powietrzem stanowi zwarta warstewka tlenków chromu i aluminium.

Korzystnie powłoka według wynalazku jest pojedynczą warstwą o grubości 0,3 do 2,5 mm. Materiał na powłokę ma postać drutu lub proszku.

W powłoce według wynalazku, zawierającej duże ilości tlenków chromu i aluminium zawartość chromu, aluminium i molibdenu jest tego samego rzędu jak przedstawiono wyżej.

Warstwa tlenków chromu i aluminium w powłoce według wynalazku, utworzona pod wpływem działania tlenu z powietrza, po procesie nałożenia, jest gęsta i mocna i znakomicie zabezpiecza przed zużyciem erozyjnym i korozyjnym wywoływanym przez przypływ gorącej i wilgotnej pary.

Powłoka według wynalazku może być nałożona przez termiczne natryskiwanie z płomienia, łuku, plazmy i/lub ultradźwięków, lecz zasadniczo łuku, plazmy i/lub ultradźwięków, dla uzyskania dobrej przyczepności powłoki do materiału podłoża.

W ten sposób uzyskuje się powłokę, która dobrze przylega do materiału podłoża, składającą się z warstwy stali z dużą zawartością tlenków oraz warstwy powierzchniowej złożonej z gęstego filmu tlenkowego.

Dla uniknięcia korozji elektrochemicznej pomiędzy materiałem podłoża a powłoką grubość powłoki winna wynosić minimum 0,3 mm, a korzystnie 0,5 mm. Grubość powłoki może wynosić do 2,5 mm, bez występowania zjawiska łuszczenia się w wyniku wewnętrznego skurczu powłoki.

Zalety powłoki według wynalazku w porównaniu z dotychczasowymi rozwiązaniami zostały wymienione poniżej. Bardzo gęsta warstwa tlenków chromu i glinu utworzona na powierzchni powłoki zapewnia doskonałą ochronę przed korozją i erozją. Powłoka według wynalazku jest także bardzo wytrzymała mechanicznie. Gdy ulegnie ona uszkodzeniu, na przykład w wyniku dostania się do przestrzeni turbiny ciała obcego, tlenek wewnątrz powłoki zabezpiecza przed rozszerzeniem się uszkodzenia.

W ten sposób powłoka daje taki sam efekt ochronny jak powłoka ceramiczna, a jest bardziej wytrzymała mechanicznie od powłoki metalowej.

167 643

Ponadto przyczepność powłoki do materiału podłoża jest bardzo dobra. Przy zastosowaniu nakładania łukowego lub plazmowego, siła przyczepności jest większa niż 60 N/mm², co jest wartością około dwa razy większą od siły przyczepności warstwy stopu niklowo-aluminiowego nałożonego płomieniowo.

Dobra przyczepność gwarantuje, ze powłoka nie będzie niszczona przez słabe urządzenia oraz, że można pokrywać nią wąskie krawędzie. Dodatkowo, dobra przyczepność umożliwia obróbkę mechaniczną pokrytego materiału. Współczynnik rozszerzalności cieplnej powłoki jest podobny do współczynnika rozszerzalności cieplnej stali węglowej i dlatego odkształcenia w wyniku odprężeń termicznych i rozszerzalności cieplnej nie uszkadzaj ą powłoki. Ponieważ powłoka nakładana jest w pojedyńczej warstwie, i może być nałożona do grubości około 2 mm, może ona służyć do zabezpieczenia bardzo dużych powierzchni uszczelniających, które podlegają obróbce. Pomimo, że powłoka zawiera duże ilości twardych tlenków, jej makrotwardość wynosi tylko 250-350 HV (jednostek twardości Vickersa) co powoduje, że powłoka jest łatwo obrabialna mechanicznie. Przewodność cieplna nie powoduje ograniczeń, przewodzenie ciepła hamuje tylko przewodność warstwy granicznej miedzy powłoką a materiałem podłoża. Łatwo można dokonać miejscowej naprawy powłoki, bez konieczności usuwania całej starej powłoki. Ponieważ zawartość kobaltu w powłoce jest bardzo niska (około 0,02%) jest ona użyteczna do stosowania w elektrowniach jądrowych, także na powierzchniach urządzeń obiegu pierwotnego.

Przykład wykonania wynalazku:

W elektrowni jądrowej Lovisa przegrody w obudowie turbiny oraz powierzchnie, przed i za przegrodami były pokryte metodą metalizacji łukowej powłoką według wynalazku. Podstawowy materiał obudowy turbin TC4' stanowiła stal 25 L według norm Gost 997-65. Natomiast skład nanoszonego materiału powłoki był następujący 22% chromu, 5% glinu, pozostałość stanowiło żelazo.

Natryskiwanie prowadzono przy 200 A, 32V. Uzyskano powłokę o wytrzymałości na rozwarstwianie 55N/m2 twardości 265 HV i zawartości tlenków ponad l0%.

Po ośmiu latach eksploatacji turbiny, została ona rozmontowana i stwierdzono, że nie występują żadne uszkodzenia na przegrodach obudowy. Także powłoki powierzchni przed i za przegrodami wykazywały bardzo dobry stan. Stwierdzono też, że materiał podłoża został zużyty, aż ponad 10 mm w obszarze materiału podłoża niezabezpieczonego, blisko granicy materiału pokrytego.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Powłoka dla części turbiny parowej i towarzyszących powierzchni stalowych, znamienna tym, ze składa się z warstwy mającej postać termicznego natrysku stopu zawierającego 20 do 45%, a korzystnie 22 do 30% wagowych chromu, 5 do 15%, korzystnie 5 do 8% wagowych aluminium oraz 0 do 5%; a korzystnie 0 do 3% wagowych molibdenu, a resztę składu stanowi stal, przy czym wnętrze powłoki zawiera powstałe podczas procesu powlekania tlenki chromu i aluminium otoczone osnową stalową, natomiast zewnętrzną powierzchnię tej powłoki stykającą się z powietrzem stanowi zwarta warstewka tlenków chromu i aluminium.

2. Powłoka według zastrz. 1, znamienna tym, że jest pojedynczą warstwą o grubości 0,3 do 2,5 mm.