Plyny a know - how pre Váš úspech

Predstavujeme zváračské časopisyDegradácia materiálu statorovýcha rotorových lopatiek spaľovacej turbínypo 120 000 hodinách prevádzkyThe material degradation of combustion turbine vanes and bladesafter 120 000 hours of servicePETER BRZIAK – PETER ZIFČÁK – PETER BERNASOVSKÝ – MÁRIA DOMÁNKOVÁIng. P. Brziak, PhD. – Ing. P. Zifčák, PhD. – Doc. Ing. P. Bernasovský, PhD., Výskumný ústav zváračský – Priemyselný inštitút SR (WeldingResearch Institute – Industrial Institute of SR), Bratislava, Slovensko – doc. Ing. M. Dománková, PhD., Materiálovotechnologická fakulta,Slovenská technická univerzita (The Faculty of Materials Science and Technology – The Slovak University of Technology), Trnava, SlovenskoAnalýza mechanických vlastností a mikroštruktúry sa vykonala s cieľom vyhodnotenia možnosti ďalšejprevádzky vybraných rotorových a statorových lopatiek spaľovacej turbíny výkonu 6 MW po približne 120 000hodinách prevádzky Lopatky sú vyrobené zo žiarupevnej vytvrditeľnej zliatiny EI 893 (67NiI6Cr9W4Mo) Zhrubnutie sekundárnych častíc bolo hlavným degradačným mechanizmom skúmaných vzoriek Mechanickévlastnosti dosahovali hodnoty na úrovni spodnej hranice predpísaných hodnôt východiskového materiáluThe mechanical properties and microstructural analysis up to TEM microscopy are performed in order toevaluate the possibility for further service of selected vanes and blades removed from a 6 MW combustionturbine after about 120 000 h of service. Both the vanes and blades are made of the creep resistant alloyEI 893 (67NiI6Cr9W4Mo). Secondary particle coarsening was the main degradation mechanism observedin the investigated specimens. The mechanical properties varied on Iower threshold prescribed for virgin materials.Lopatky prvého a druhého>stupňa rotora a prvého stupňastatora plynových turbín typu GT750-6 výkonu 6 MW (bývalej) československejvýroby sú zhotovenéz ruskej vytvrditeľnej zliatiny nikluoznačenej EI 893 (chemické zloženietejto zliatiny je v tab. 1).Po tepelnom spracovaní (950°C/1,5 h+ 1160°C/2 h/air + 1000°C/4 h +900°C/8 h + 840°C/15 h/air) sa vytvorímikroštruktúra zliatiny EI 893z polyedrických zŕn s nerovnomernerozloženou fázou Ni 3(Al, Ti) (primárna– γ fáza) a karbidmi M 23C 6,ktoré sú rozložené prevažne na hraniciachzŕn. Vysoká pevnosť zliatinyEI 893 je výsledkom precipitačnéhospevnenia γ-fázou. Z morfologickéhohľadiska je v matrici možné rozlíšiťdva typy γ-fázy: hrubá motýlikováγ-fáza vylúčená v priebehu tepelnéhospracovania a jemná oválnaγ-fáza precipitujúca medzi hrubouγ-fázou v priebehu starnutia. V tab. 2sú uvedené minimálne mechanickévlastnosti zliatiny EI 893 po tepelnomspracovaní.Lopatky sú dynamicky namáhanétokom spalín a v prípade lopatiek rotoratiež axiálnym namáhaním vyvolanýmodstredivou silou. Pracovnáteplota prvého stupňa rotora a statoraje 730 °C, druhého stupňa rotoraje 715 °C. Hlavným degradačnýmmechanizmom f)materiálu statoro-Čelná hrana / Front edgeObr. 1a Lopatky rotora prvého a druhého stupňa– základné umiestnenie vzoriek 1–17na mechanické skúšky, analýzu mikroštruktúrya smer merania tvrdosti (čierne šípky)Fig. 1a 1 st + 2 nd rotor stage blade – the principallocation of 1–17 specimens for mechanical tests,microstructure analysis and direction of hardnessmeasurements (black arrows)Čelná hrana / Front edgeObr. 1b Lopatky statora prvého a druhéhostupňa – umiestnenie skúšobných vzoriek A, B,C, D na mechanické skúšky, analýzu mikroštruktúrya smer merania tvrdosti (čierne šípky)Fig. 1b 1 st + 2 nd stator stage vane – the locationof A, B, C, D specimens for mechanical tests,microstructure analysis and direction ofhardness measurements (black arrows)vých a rotorových lopatiek je hrubnutieγ-fázy a karbidov M 23C 6, ktoréje závislé od času a prevádzkovejteploty, čo vedie k poklesu plasticitya zvýšenému riziku iniciácie alebotvorby creepových trhlín. Odsúhlasenýbezpečný čas prevádzkylopatky predstavuje približne 50 000hodín. Po uplynutí tohto času sa musialopatky tepelne spracovať (regenerovať)na obnovu ich mechanickýchvlastností. Je to z dôvodu až40 %-nej pravdepodobnosti havárietepelne nespracovaných (neregenerovaných)lopatiek prevádzkovanýchviac ako 100 000 hodín.Tento článok sa zaoberá skúmanímvplyvu 120 000 hodinovej prevádzkyna mikroštruktúrne a mechanickévlastnosti lopatiek statoraa rotora prvého stupňa a lopatiekrotora druhého stupňa, ktoré nebolitepelne spracované (regenerované)a teda dosiahli medznú hodnotu životnosti.Obsahom experimentálnych prácbolo vyhodnotenie vlastností materiálulopatiek aj v závislosti od ichplynule sa meniaceho prierezu oddolnej časti lopatky (širší prierez naobr. 1a a 1b označené ako Spodok)k hornej časti lopatky (užší prierez,na obr. 1a a 1b označené ako Vrch).1 ODBER VZORIEKA MECHANICKÉ SKÚŠKYObr. 1a, a 1b znázorňuje rozloženieodobratých skúšobných vzoriek z lopatiek.Množstvo a miesta odberu236 ZVÁRANIE-SVAŘOVÁNÍ | 9-10/2009