Матеріали, що використовуються при виготовленні гідроагрегатів

Для виготовлення деталей великих гідротурбін застосовуються сталь, чавун, бронза і у невеликій кількості інші матеріали (бабіт, гума і пластмаси). Більшість деталей гідротурбін виготовляють із сталі, що застосовується у вигляді сталевих відливків, сталевих поковок, сортового і листового металу. У потужній поворотнолопатевій турбіні сталеві відливки складають біля 55% загальної маси, листовий і сортовий метал - біля 25%. У радіально-осьової турбіни маси листового і сортового металу досягають 40%, маса сталевих відливок зменшується до 40%. У зв'язку із розширенням застосування зварних конструкцій збільшується доля листового і сортового металу і зменшується маса сталевого литва. Доля чавунного литва у потужних гідротурбін невелика і коливається в межах 8÷10 % загальної маси турбіни. Маса кованої частини складає 10÷12%.

Сталеві відливки застосовуються для виготовлення найбільших деталей гідротурбін, таких, як корпус робочого колеса поворотнолопатевої гідротурбіни, робочі колеса радіально-осьових турбін, лопаті, напрямні лопаті та ін.

Складна конфігурація і великі габарити деталей іноді змушують збільшувати товщину стінок, щоб забезпечити достатні припуски на обробку із урахуванням можливих поводок деталей. Це може викликати ливарні дефекти на оброблюваних поверхнях і у місцях переходів. Тому сталеві відливки гідротурбін окрім показників механічних властивостей мають бути хорошої якості і хорошої зварюваності, щоб можна було легко виправити дефекти литих великогабаритних сталевих заготовок. Деякі сталеві відливки у гідротурбінах виконують із вуглецевої сталі 30Л. Вміст вуглецю у ній коливається в межах 0,25÷0,35%. Механические властивості відливок з цієї сталі характеризуються наступними параметрами:

Тимчасовий опір розриву, кгс/мм² (МПа) 45 (~450)

Межа текучості, кгс/мм² (МПа) 22 (~220)

Подовження при п'ятикратному зразку, % 16

Відносне звуження, % 30

Ударна в'язкість (по Менаже), кгс·м/см² 2(Н·м/см²) 3(~30)

Твердість по Брінелю 128÷180

Великі сталеві відливки обов'язково піддаються термічній обробці, кінцевою операцією якої є відпустка із повільним охолодженням у печі для зняття внутрішньої напруги.
Для забезпечення хорошої зварюваності деталей гідротурбін, що виготовляються із цієї сталі, звертають увагу на вміст вуглецю і зазвичай у технічних умовах на постачання відливок обмежують його верхнє значення рівнем 0,35%. Хороші якості щодо зварювання має маловуглецева сталь марки 25Л.

Для найбільш відповідальних поковок валів гідротурбін застосовують зливки сталі 40, виплавленої у мартенівській печі. Вміст вуглецю у цій сталі коливається в межах 0,35÷0,45%. Механічні властивості поковки лежать у межах наступних значень:

Тимчасовий опір розриву, кгс/мм² (МПа) 48 (~480)

Межа текучості, кгс/мм² (МПа) 26 (~260)

Подовження на п'ятикратному зразку, % 16

Відносне звуження, % 30

Ударна в'язкість(по Менаже), кгс·м/см² (Н·м/см²) 4 (~40)

Листовий і сортовий матеріали для зварних конструкцій зазвичай застосовуються із вуглецевої сталі, гарячекатаної.

Деталі проточної частини турбін, особливо робочі колеса радіально-осьових турбін і лопаті поворотнолопатевих турбін, працюють у специфічних умовах дії кавітації. Небезпека кавітації зазвичай не може бути повністю усунена вибором відповідних параметрів машин і профілізацією лопатей, тому руйнівну дію кавітації у гідротурбінах значною мірою намагаються зменшити шляхом застосування стійких проти кавітації матеріалів.
У цьому відношенні найбільш характерною деталлю є лопать робочого колеса поворотнолопатевої турбіни.

Для лопатей великих гідротурбін доцільно використовувати маловуглецеву сталь 0Х12НДЛ наступного складу: вуглець до 0,1%, хром 12÷13,6%, нікель 1,0÷1,5%, кремній до 0,4%, марганець 0,3÷0,6%, сірка не більше 0,025%, фосфор не більше 0,025%, мідь 1÷1,3%. Механичні властивості цієї сталі характеризуються наступними даними:

Тимчасовий опір розриву, кгс/мм² (МПа) 77 (~770)

Межа текучості, кгс/мм² (МПа) 64 (~640)

Подовження, % 13

Поперечне звуження, % 38

Ударна в'язкість, кгс·м/см² (Н·м/см²) 8 (~80)

Застосовуються також біметалічні лопаті, відлиті із вуглецевої або малолегованої сталі із подальшим лицюванням приварюваними листами нержавіючої сталі. У такій конструкції лопаті повинні забезпечувати поєднання високої кавітаційної стійкості нержавіючої сталі на поверхні лопаті із технологічними перевагами і малою вартістю вуглецевої сталі. Для таких конструкцій застосовується сталь 20ГСЛ наступного складу: вуглець 0,16÷0,22%, марганець 1÷1,3%, кремній 0,6÷0,8%, сірка і фосфор - не більше 0,03%. За технічними умовами механічні властивості цієї сталі характеризуються наступними показниками:

Тимчасовий опір розриву, кгс/мм² (МПа) 52 (~520)

Межа текучості, кгс/мм² (МПа) 30(~300)

Відносне подовження, % 14

Відносне звуження, % 30

Ударна в'язкість, кгс·м/см² (Н·м/см²) 5(~50)

Твердість по Брінелю 156-197

Ця сталь добре зварюється у холодному стані, тому вона знайшла широке застосування для відливок великих деталей гідротурбін, що разом із підвищеними механічними властивостями повинні мати хорошу зварюваність. Ця сталь не являється кавітаційною, тому у разі її застосування для лопатей, останні у небезпечній зоні кавітації мають бути захищені наплавленням, наприклад із сталі 1Х18Н9Т. Межа втомлюваності сталі 20ГСЛ у воді значно нижча, у нержавіючої сталі 12 кгс/мм² (~120 МПа) замість 19 кгс/мм² (~190 МПа), що необхідно враховувати при застосуванні цієї сталі для лопатей та інших деталей, працюючих в умовах вібраційних навантажень.

Для лицювання лопатей застосовується аустенітна нержавіюча сталь 1Х18Н9Т такого складу : вуглець 0,12%, хром 17÷20%, нікель 8÷11%, кремній 0,8%, марганець 2,0%, титан до 0,8%, Ця сталь має високі пластичні властивості. Вона має високу хімічну стійкість і хорошу зварюваність. Кремнієво-марганцевиста сталь 20ГС знаходить застосування для великих поковок, для кованих труб зварних валів гідротурбін та інших деталей.
Останнім часом у гідротурбобудуванні знаходить застосування аустенитно-ферритна сталь 10Х18Н3Г3Д2-Л для деталей, що працюють у воді, що несе велику кількість зважених часток піску (в умовах піщаної ерозії). Склад цієї сталі: вуглець до 0,1%, кремній 0,3÷0,5%, марганець 2,5÷3,0%, хром 17,5÷19,5%, нікель 3÷3,5%, мідь 1,8÷2,2%, сірка до 0,03%, фосфор до 0,03%. Матеріал відливки з цієї сталі має наступні механічні властивості:

Межа міцності, кгс/мм² (МПа) 55 (~550)

Межа текучості, кгс/мм² (МПа) 30 (~300)

Ударна в'язкість, кгс·м/см² (Н·м/см²) 2 (~20)

Твердість по Брінелю 250-320

Ерозійна стійкість цієї сталі приблизно в 1,5÷2 рази вища, ніж у звичайної вуглецевої сталі. Але ця сталь має істотний недолік – високу вартість і складну технологію виробництва, особливо для відливок великої змінної товщини. Для деталей порівняно невеликих розмірів (лопаті напрямного апарату невеликих турбін, захисні лицювання, лабіринтові кільця і т. п.), що виготовляються із вуглецевої сталі, можливе зміцнення поверхонь деталей від ерозійного руйнування шляхом хіміко-термічної обробки (цементація із загартуванням). Доцільне застосування біметалічних матеріалів (Ст.3 + 1Х18Н9Т та Ст.3 + ЕН496) у вигляді двошарового прокату для зварних камер робочих коліс та інших деталей з метою підвищення кавітаційної стійкості. Для спіральних камер потужних гідротурбін застосовується листова сталь СХЛ- 4 (10ХСНД) з наступним складом: вуглець 0,12%, марганець 0,5÷0,8%, кремній 0,5÷0,8%, кремній 0,8÷1,1%, хром 0,6÷0,9%, нікель 0,5÷0,8%, мідь 0,4÷0,65%, сірка менше 0,04%, фосфор не більше 0,04%. Механічні властивості цієї сталі: межа міцності 54 кгс/мм² (540 МПа), подовження п'ятикратного зразка 18%. Сталь добре зварюється у холодному стані. Застосування її обмежується товщиною листів 32 мм.

Таблиця 1.2.

Матеріали, що застосовуються для деталей гідротурбін

• ⇐ Назад
• 1
• 234
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• Далее ⇒