263 (35)

426

Gdy próbka pracuje w atmosferze czynnika powodującego korozję, wówczas nie tylko zmniejsza się jej wytrzymałość przy pulsującym obciążeniu, lecz w ogóle nie istnieje nieograniczona w czasie wytrzymałość zmęczeniowa (rys. X.24a, linia 2). Próbka taka wykazuje jedynie wytrzymałość czasową w zależności od liczby zmian obciążeń (liczby cykli N). Krzywa a{N) stale opada zjawisko to nazywamy zmęczeniem korozyjnym. Na zmęczenie korozyjne nie jest w pełni odporny żaden materiał (jakkolwiek wrażliwość na nie różnych materiałów jest różna, co można wykorzystać w konstrukcji turbiny).

Pęknięcia zainicjowane korozją zmęczeniową nie muszą być związane z widoczną korozją zewnętrznej powierzchni elementu. Zaobserwowano je także na łopatkach pozbawionych jakichkolwiek osadów soli. W odróżnieniu od korozji wżerowej, występuje na ogół tylko jedno miejsce inicjujące złom zmęczeniowy łopatki. Uszkodzenie struktury materiału skutkiem korozji zmęczeniowej przebiega częstp w obszarze submikroskopowym, co utrudnia identyfikację przyczyny.

Czynnikiem agresywnym jest faza ciekła pary mokrej, przy czym istotny wpływ ma stopień zanieczyszczenia pary. Zawartość NaCl w kondensacie powyżej 1% ma mniej więcej taki sam wpływ niezależnie od stężenia.

Dla porównania wytrzymałości zmęczeniowej czasowej różnych materiałów pracujących w środowisku agresywnym wprowadza się umowną wytrzymałość zmęczeniową, przyjmując na ogół wytrzymałość przy N = 10® cykli (niekiedy /V = 5-10⁷ cykli). (Jeżeli łopatka poddana jest sile wymuszającej o częstotliwości 100 Hz, wykona ona 10® cykli w przeciągu 280 godz, tj. w okresie ok. 12 dni pracy.) Przykładowo dla zginanych płaskich próbek ze stali 13% Cr otrzymano wytrzymałość zmęczeniową trwałą w ośrodku obojętnym (powietrze):

1)    próbka szlifowana' bez karbu: Z_g % 400 MPa, tj. około połowy wytrzymałości doraźnej Z. % 0,5 R_m :

2)    próbka z karbem: Z_g w 160 MPa (bardzo silny spadek wytrzymałości zmęczeniowej!).

Te same próbki badane w roztworze NaCl o stężeniu powyżej 1% wykazały umowną wytrzymałość zmęczeniową przy N = 5*10⁷ cykli wynoszącą 120—140 MPa (próbka bez karbu) lub 60 — 70 MPa (próbka z karbem).

Tak więc umowna wytrzymałość zmęczeniowa łopatek w ośrodku agresywnym wynosi zaledwie ok. 30% wytrzymałości zmęczeniowej trwałej w ośrodku obojętnym. W przypadku łopatek z karbem wartość ta spada do 0,15!

Bardzo małą wrażliwość na korozję zmęczeniową wykazują stopy tytanu (oraz stopy żaroodporne typu nimonic). Tak np. stosunek umownej wytrzymałości zmęczeniowej przy N = 10® cykli w roztworze 3% NaCl do wytrzymałości zmęczeniowej trwałej w atmosferze obojętnej wynosi dla stopów tytanu około 0,93 (według katalogu Superalloys for Gas Turbinę Engineering, Wiggin Alloys Limited, 1980).

Ad c) Korozja naprężeniowa.

Korozja naprężeniowa może występować, gdy element poddany jest

naprężeniom rozciągającym (wirnik, łopatki) oraz gdy wykonany jest z materiału nieodpornego na korozję. W ogólności nierdzewne stałe chromowe uważa się jako materiał odporny na korozję naprężeniową. Może ona jednak występować w przypadku osadów chlorydów na łopatkach ze stali 13% Cr w postaci korozji anodowej łub katodowej.

Ta ostatnia określona jest jako kruchość wodorowa, gdyż powstający w procesie korozji wodór dyfunduje w głąb materiału i może powodować uszkodzenie struktury i kruche pękanie materiału. Katodową korozję naprężeniową obserwowano głównie w wyniku działania słabych kwasów, przede wszystkim kwasu siarkowego. Podobne działanie w turbinie ma kwas solny zawarty w odpowiednim stężeniu w pierwszej fazie kondensacji pary.

10.2. Zapobieganie uszkodzeniom spowodowanym korozją

Najlepszą metodą byłaby ochrona czynna, tj. zadbanie o parę świeżą nie zawierającą agresywnych zanieczyszczeń.

W praktycznej eksploatacji bloku parowego należy się jednak liczyć z pewną niewielką zawartością soli, a także z okresowym wzrostem zanieczyszczeń kondensatu (i pary), np. skutkiem wystąpienia nieszczelności w kondensatorze.

Każdy zabieg zapewniający czystość układu wodno-parowego przyczynia się do zmniejszenia uszkodzeń powodowanych przez korozję i do wzrostu żywotności elementów bloku, w tym do zwiększenia żywotności układu łopatkowego.

Koszty kontroli i koszty utrzymania czystości kondensatu należy bilansować ze stratami wynikającymi z uszkodzeń łopatek (i innych elementów bloku), łącznie z dodatkowymi kosztami związanymi z ogólniejszymi skutkami poważniejszych awarii.

W pewnych przypadkach ekonomicznie uzasadnione może być zastosowanie droższych materiałów na łopatki pracujące w obszarze zagrożonym korozją (np. stopów tytanu zamiast stali nierdzewnej chromowej).

103. Korozja wysokotemperaturowa

W turbinach gazowych pracujących w obiegu otwartym występuje często korozja wysokotemperaturowa, polegająca na suchej oksydacji powierzchni zewnętrznej łopatek wywołanej topniejącymi solami, i związana z tym korozja wewnętrzna. Przyczyną tej korozji są niskofopliwe tlenki wolframu, molibdenu, wanadu itp. przy udziale siarki. W pewnych warunkach korozja ta powoduje silne obniżenie żywotności łopatek turbiny gazowej [Morowiec S., Weber T., Nowoczesne tworzywa żaroodporne, WNT, Warszawa 1968],