324 (28)

530

przez stosowanie nóżek łopatkowych o odpowiedniej konstrukcji. Podobny efekt dają więzy tłumiące — odpowiednio ukształtowane bandaże i druty tłumiące.

Uwaga końcowa. Zagadnienie drgań łopatek, bardzo ważne w konstrukcji i eksploatacji turbin omówiliśmy w wielkim skrócie. Ma ono obszerną literaturę specjalistyczną.

6. Materiały na łopatki wirnikowe

Wybierając materiał na łopatki należy przede wszystkim określić naprężenia i temperaturę metalu w czasie pracy łopatki.

Jeżeli maksymalne naprężenia występują w warunkach pracy, w których jednocześnie temperatura jest najwyższa i w tych warunkach turbina pracuje dłuższy czas, to te właśnie warunki ruchu są miarodajne dla doboru materiału.

W turbinach parowych przyjmuje się okres pracy łopatek równy 100 tysięcy godzin (15-30 lat).

W turbinach gazowych zakłada się krótsze okresy pracy łopatek, zależnie od górnej temperatury obiegu i przeznaczenia turbiny. W turbinach stacjonarnych np. mogą to być okresy wynoszące kilkadziesiąt tysięcy godzin, zaś w lotnictwie wojskowym zaledwie kilkaset godzin. Krótsze okresy pracy związane są z ograniczoną w czasie wytrzymałością materiałów w warunkach bardzo wysokich temperatur.

Dodatkowym wymaganiem stawianym materiałom łopatkowym jest odporność na korozję i erozję. Materiały łopatkowe muszą być nierdzewne. W przypadku turbin parowych potrzebne są w zasadzie trzy marki materiału łopatkowego:

1.    Stal na łopatki pierwszych stopni (opływanych parą świeżą) i pierwszych stopni za przegrzewem międzystopniowym. Łopatki te pracują przy najwyższej temperaturze pary, ale naprężenia z nich są z reguły niewielkie, gdyż łopatki te są krótkie.

2.    Wszystkie pozostałe łopatki, z wyłączeniem stopnia ostatniego, pracują w warunkach umiarkowanych temperatur i umiarkowanych naprężeń.

3.    Trzeci gatunek stali jest w zasadzie potrzebny na łopatki ostatniego stopnia, dla których charakterystyczne są największe naprężenia (z uwagi na ich długość) oraz niska temperatura.

Jeżeli pozwala na to temperatura pary świeżej i naprężenia w ostatnim stopniu, wówczas łopatki wszystkich stopni można wykonywać z jednej stali.

Najbardziej rozpowszechnionym materiałem na łopatki turbin parowych jest nierdzewna stal chromowa, zawierająca około 13% chromu i około 0,1% węgla. W Polskich Normach stal tę oznacza się symbolem 1H13. Można ją stosować do temperatury metalu nie przekraczającej 450° C, jeżeli na to pozwalają naprężenia.

W obszarze do S40^CC stosuje się stal nierdzewną chromową z dodatkiem molibdenu i wanadu. Jedną z popularnych marek jest stal 1H11MF o zawartości: 11% Cr; 0,15% C; 0,7% Mo; 0,3% V.

W temperaturze do 580° C jedną ze stosowanych stali jest stal oznaczona 1H12WNMF, różniąca się od poprzedniej o dodatek 1% wolframu.

Obie ostatnie stale mają wysoką granicę plastyczności przy niskiej temperaturze, z tego względu stosuje się je na łopatki wirnikowe ostatniego stopnia, zwłaszcza w turbinach kondensacyjnych stacjonarnych dużej mocy.

W turbinach gazowych charakterystyczną cechą jest bardzo wysoka temperatura gazu opływającego łopatki. Ponieważ materiały żaroodporne są bardzo drogie — kilkadziesiąt razy droższe od niskostopowych stali nierdzewnych — przeto celowe jest stosowanie dla każdego poziomu temperatury innego, odpowiednio dopasowanego materiału. Interwał temperatury przyjmuje się 50 — 70° C. W rezultacie liczba gatunków stali i stopów żaroodpornych jest bardzo duża.

Przegląd materiałów turbinowych można znaleźć w podręcznikach specjalistycznych, np. w: M ichajlow-M ichiejew P. B., Sprawocznik po mietali-czeskim materiałom turbo i motorostrojenija, Maszgiz, 1961 [24].

Dla przykładu podamy dane dotyczące trzech wymienionych powyżej stali łopatkowych nierdzewnych.

Skład chemiczny:

- stal 1H13

- stal 1H11MF

- stal 1H12WNMF

C - 0,09-0,15% Si < 0,6 Mn < 0,6 Cr - 12-14 Ni < 0,6 S < 0,025 P < 0,030

C-0,12-0,19% Si <0,15 Mn < 0,7 Cr - 10-11,5 Ni < 0,6 Mo-0,6-0,8 V< 0,25-0,40 S < 0,025 P < 0,030

C-0,12-0,18% Si < 0,4 Mn-0,5-0,9 Cr - 11-13 Ni-0,4-0,8 W-0,7-1,1