Eng
Ukr
Rus
Триває друк
2016 №04 (07) DOI of Article
10.15407/as2016.04.01
2016 №04 (02)

Автоматичне зварювання 2016 #04
Журнал «Автоматическая сварка», №4, 2016, с. 9-25
 
Продление ресурса рабочих лопаток ГТК 10-4 из сплава ЭИ 893 после продолжительного срока эксплуатации
 
Автор
А. Ф. Белявин1, В. В. Куренкова1, Д. А. Федотов1, С. Г. Салий2, А. П. Щербинин2
1ООО «Патон Турбайн Текнолоджиз». 030328, г. Киев, ул. Ракетная, 26. Е-mail: VKurenkova@patontt.com
2ПРТ П «Укргазэнергосервис», филиал ДК «Укртрансгаз» НАК «Нафтогаз Украины». 08151, г. Боярка, ул. Маяковского, 49.
 
Реферат
В процессе длительной эксплуатации (десятки тыс. ч) в рабочих лопатках агрегата ГТК 10-4 под воздействием статических и динамических нагрузок, градиента температур, продуктов сгорания топлива и т. д. происходит деградация основного материала - сплава ЭИ 893. Структурные изменения в основном сплаве лопаток влияют на изменения его механических характеристик по сравнению с металлом в исходном состоянии, а именно - происходит повышение предела прочности, текучести, значений твердости и снижение характеристик пластичности, а, следовательно, снижение их сопротивления ползучести и многоцикловой усталости. Поэтому продление ресурса дорогостоящих изделий горячего тракта турбин является очень важной задачей, которая реализуется комплексным восстановлением исходной структуры и механических характеристик сплава ЭИ 893. Целью работы было изучение на семи рабочих лопатках (из комплектов с различным сроком эксплуатации) состояния материала ГТД после эксплуатационного старения, определение их ремонтопригодности и выбор режимов восстановительной термической обработки. Было установлено, что в процессе продолжительного срока эксплуатации при температуре 630...670 °С в рабочих лопатках происходит существенное изменение структурно-фазового состояния основного материала - сплава ЭИ 893, проявляющееся в растворении, коагуляции и неравномерном распределении упрочняющей фазы в объеме матричного раствора и выделении карбидов по субграницам в теле зерна и по границам зерен, образовании карбидов более сложного состава. Было установлено, что оптимальная структура основы с достаточной твердостью и микротвердостью формируется при двухстадийной восстановительной термической обработке: наблюдается некоторое снижение разноразмерности зерна (в основном 2...4 балл зерна), снижение плотности и размеров стабильных карбидных фаз в межзеренных прослойках, равномерном и регулярном распределении дисперсной упрочняющей фазы. Регенерация структуры после ВТО приводит к увеличению пластических (33,2...35,6 %) характеристик, а, следовательно, и сопротивлению усталости, при допустимых значениях прочности и вязкости разрушения, что в целом обеспечивает работоспособность восстановленных изделий. Библиогр. 16, табл. 5, рис. 10.
 
Ключевые слова: турбина высокого давления (ТВД), турбина низкого давления (ТНД), восстановительная термообработка, твердость, микротвердость, предел прочности, предел текучести, пластичность, работа разрушения, наплавленный шов, зона термического влияния
 
Поступила в редакцию 30.12.2015
Подписано в печать 07.04.2016
 
  1. Верин Дж. Д. Микроструктура и свойства жаропрочных сплавов / Дж. Д. Верин, Ч. Симс, В. Хагель // Жаропрочные сплавы. – М. Металлургия, 1976. – С. 207–241.
  2. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин / Л.Б. Гецов. – М.: Надра, 1996. – 591 с.
  3. Майнер Р. В. Усталость. Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок: в 2-х т. / Р. В. Майнер. – М.: Металлургия, 1995. – Т.1. – С. 336–372.
  4. Влияние величины зерна на конструктивную усталостную прочность лопаток из сплава ХН65ВМЮТ (ЭИ893) / Ю. А. Немайзер, Г. Л. Гурский, Н. И. Добина, Н. С. Шапетько // Энергомашиностроение. – 1982. – № 5. – С. 18–21.
  5. Пигрова Г. Д. Метод физико-химического фазового анализа для оценки структурного состояния жаропрочных материалов при прогнозировании ресурса / Г. Д. Пигрова, Б. С. Кабанов, В. М. Седов // Труды НПО ЦКТИ . – 2002. – Вып. 289. – С. 39–47.
  6. Продление ресурса рабочих лопаток приводных ГТУ / Б.П. Шайдак, С. А. Иванов, А. В. Иванов [и др.]. Ресурс и надежность материалов и сварных соединений энергетических установок. // Труды НПО ЦКТИ . – 2002. – Вып. 286. – С. 191–204.
  7. Бердник О. Б. Разработка технологии продления ресурса турбинных лопаток из сплава ХН65ВМТЮ / О. Б. Бердник, И. Н. Царева, Е. Н. Разов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2011. – № 3(27). – С. 240–246.
  8. Пигрова Г. Д. Диагностика структурных изменений металла деталей ГТУ в процессе эксплуатации методом фазового физико-химического анализа / Г. Д. Пигрова // Труды НПО ЦКТИ . – 2006. – Вып. 295. – С. 55–64.
  9. Разработка методики продления ресурса рабочих лопаток I-й ступени (ТВД) ГПУ ГТК-10-4 и назначение ресурса отремонтированного комплекта BKF-05: отчет ИЦ «Пратт и Уитни Патон». – К., 2005. – 84 с.
  10. Рыбников А. И. Карбидные превращения в межзеренных прослойках жаропрочных сплавов на никелевой основе в процессе старения и длительной эксплуатации / А. И. Рыбников, И. И. Крюков // Труды НПО ЦКТИ . – 2006. – Вып. 295. – С. 154–163.
  11. Рыбников А. И. Влияние структурного фактора на конструктивную усталостную прочность рабочих лопаток стационарных ГТУ / А. И. Рыбников, Б. П. Шайдак, С.А. Иванов // Труды НПО ЦКТИ . – 2006. – Вып. 295. – С. 79–90.
  12. Гецов Л. Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин / Л. Б. Гецов. – Рыбинск: ООО «Издательский дом «Газотурбинные технологии», 2010. – Т.1. – 611 с.
  13. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов: в 2 т. – М.: Машиностроение, 1974. – Т.2. – 368 с.
  14. Исследование рабочих лопаток из сплава ЭИ-893 после длительной эксплуатации в газотурбинной установке / В.Г. Сорокин, Б. Н. Гузанов, С. В. Косицын, В. Ф. Онохин // Энергомашиностороение. – 1980. -– № 3. – С. 25, 26, 29.
  15. Инструкция по расследованию причин разрушений лопаточного аппарата газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов. – М.: ОАО «Газпром», ООО «ВНИИ ГАЗ », 2000. –22 с.
  16. Анализ причин спонтанного разрушения рабочих лопаток I ст. ТВД агрегата ГТК-10-4, КС «Бердичев» (после 78 тыс. ч. эксплуатации): отчет ИЦ «Пратт и Уитни Патон». –К., 2005. –48 с.

>