Материалы, применяемые для изготовления турбоагрегатов

(самостоятельное изучение)

Основные элементы неподвижных конструкций паровых турбин (корпуса цилиндров и подшипников, диафрагмы) работают в широком диапазоне температур (от 20 до 560⁰С). Для их изготовления применяются стали (углеродистые и легированные), чугуны и сплавы. Сплав железа с углеродом, количество которого превышает 2%, называют чугуном. Наиболее применимы чугуны с содержанием углерода от 2,8 до 3,5%. Они используются для деталей, работающих при температуре до 250⁰С (серый чугун марки СЧ) и до 300⁰С (модифицированные чугуны с добавками ферросилиция). Механические свойства серых чугунов и их применение в турбинах показаны в табл. 27.1.

Таблица 27.1. Механические свойства серых чугунов и их применение

Кроме того, применяется высокопрочный чугун марки ВЧ с небольшими добавками магния для изготовления вкладышей радиальных подшипников. В качестве примера приводится марка чугуна ВЧ 50-1,5 для изготовления вкладышей подшипников, в которой первое число – минимально допустимое значение предела прочности при растяжении (s_в =500 МПа), второе – минимальное относительное удлинение (d =1,5%).

Сплав железа с углеродом, содержание которого 0,05…1,7%, называют углеродистой сталью. При изготовлении турбинных деталей применяют в основном конструкционные стали, для которых завод-изготовитель гарантирует механические свойства и химический состав. Марка таких сталей обозначается числом, указывающим содержание углерода в сотых долях процента. Свойства некоторых сталей и область их применения в паровых турбинах представлены в табл. 27.2.

Таблица 27.2. Свойства качественных углеродистых сталей и их применение

Легированные стали содержат элементы, обозначаемые следующими буквами:

Хром……….. Х Молибден……… М Ванадий…………. Ф Никель………. Н

Титан……….. Т Вольфрам……….. В Алюминий………. Ю Медь………… Д

Ниобий……… Б Кобальт………. К Марганец……….. Г Бор…………… Р

Цифра после буквы в марке стали указывает на количество того или иного элемента в процентах, округленное до целого числа. Отсутствие цифры после буквы указывает на то, что количество элемента составляет менее 1,5%. Буква А в конце марки стали показывает на принадлежность стали к категории высококачественных. Марки жаропрочных и жаростойких сплавов на никелевой основе обозначаются только буквами, показывающими наличие тех или иных элементов, за исключением никеля, среднее содержание которого указывается в процентах. Пример расшифровки марки стали 15Х12ВНМФ: 0,15% углерода, 12% хрома, до 1% вольфрама, никеля, молибдена и ванадия, остальное – железо.

Для условий работы при температурах до 500…600⁰С в паровых турбинах применяются стали перлитного и мартенситного классов, которые легко обрабатываются и имеют хорошие упругие и пластические свойства. Их низкий коэффициент линейного расширения и хорошая теплопроводность дают возможность снизить термические напряжения в деталях и обеспечить интенсивный теплоотвод. Содержание молибдена 0,5…1% в жаропрочных сталях оказывает благоприятное влияние на снижение ползучести, а добавка хрома увеличивает химическую стойкость стали против газовой коррозии (окалиностойкость). В табл. 27.3 и табл. 27.4 даны основные свойства сталей, применяемых для корпусов турбин и клапанных коробок лопаточного аппарата, ротора, дисков, работающих в условиях высоких температур.

Таблица 27.3. Свойства легированных сталей

Таблица 27.4. Свойства легированных сталей и области их применения