Pourquoi les aubes des turbines à vapeur subissent-elles l'érosion par les gouttelettes d'eau dans les étages à vapeur humide ?

L'érosion par gouttelettes d'eau est un phénomène courant sur les aubes des turbines à vapeur fonctionnant en régime de vapeur humide, en particulier autour des zones exposées du bord d'attaque.

En fonctionnement, les gouttelettes d'eau condensée circulent dans le circuit de vapeur et heurtent les pales rotatives à vitesse relative élevée. De petites piqûres et des zones rugueuses peuvent apparaître initialement. Avec une exposition prolongée, ces zones s'étendent et le profil initial du bord d'attaque s'érode progressivement.

Pour les turbines équipées de protections anti-érosion, le même type d'usure peut finir par être visible sur la bande de protection.

Comment se forment les gouttelettes d'eau dans les étages à vapeur humide

La pression et la température de la vapeur diminuent à mesure que celle-ci se détend dans la turbine.

Lors des phases ultérieures à basse pression, une partie de la vapeur pénètre dans la zone humide et se condense en liquide. Les gouttelettes ainsi formées parcourent le circuit de vapeur en fonction de leur taille et de leur trajectoire.

La vitesse de rotation des pales engendre une vitesse relative élevée entre celles-ci et les gouttelettes incidentes. L'érosion réelle varie en fonction des caractéristiques de la vapeur, de la taille des gouttelettes, de la géométrie des pales, de la vitesse de rotation et des conditions de fonctionnement.

C’est aussi pourquoi les schémas d’érosion peuvent différer d’une conception de turbine à l’autre, même lorsque les deux fonctionnent dans des environnements à vapeur humide.

Comment les impacts répétés de gouttelettes endommagent la lame

Une seule goutte d'eau ne produit qu'une très petite zone d'impact, mais l'effet change lorsque la même région est frappée de manière répétée sur une longue période de fonctionnement.

Les impacts répétés créent des déformations localisées et de petites piqûres en surface. À mesure que ces piqûres se multiplient et commencent à se chevaucher, la surface de la lame devient plus rugueuse et de petites quantités de matière sont progressivement enlevées.

La surface endommagée présente alors davantage de bords exposés et de zones irrégulières aux gouttelettes suivantes, ce qui rend l'érosion de plus en plus visible.

La composition chimique des condensats peut également influencer l'aspect et l'évolution de la zone endommagée. La vapeur humide peut contenir de l'oxygène dissous, des chlorures, des sulfates et d'autres constituants qui contribuent à la corrosion superficielle.

En service réel sur une turbine, l'impact mécanique des gouttelettes et l'environnement de vapeur humide peuvent donc apparaître simultanément sur la même zone de la pale.

Zones typiques d'érosion par gouttelettes d'eau sur les pales de turbines à vapeur

L'érosion par gouttelettes d'eau est fréquemment observée sur les bords d'attaque des pales de turbines basse pression, en particulier dans les zones de fin de cycle fortement exposées à la vapeur humide.

Les caractéristiques de surface courantes comprennent des piqûres localisées, des zones rugueuses, un recul des bords et une perte progressive du profil original.

Le type de dommages varie selon la géométrie de la pale et le flux de vapeur. Certaines pales présentent une bande érodée étroite, tandis que d'autres développent une zone rugueuse plus large s'étendant sur une partie du bord d'attaque.

Les écrans anti-érosion en alliage de cobalt installés dans ces zones sont directement exposés à l'impact des gouttelettes. Après une utilisation prolongée, des piqûres, un amincissement ou une perte de profil peuvent apparaître sur la surface de l'écran.

Pourquoi utilise-t-on des alliages de cobalt pour les bandes de protection des pales de turbines ?

Les alliages de cobalt sont utilisés depuis longtemps dans les applications résistantes à l'usure et à l'érosion car ils combinent une bonne résistance à l'usure mécanique de surface et une résistance à la corrosion.

Pour les aubes de turbines à vapeur, la bande en alliage de cobalt forme la surface de protection exposée le long de la zone soumise à l'impact concentré des gouttelettes.

L'alliage de cobalt 6 et l'alliage de cobalt 6B sont tous deux utilisés dans les applications de protection des pales de turbines.

L'alliage de cobalt 6 appartient à la famille des alliages cobalt-chrome-tungstène et est disponible sous différentes formes de fabrication.

L'alliage de cobalt 6B est un alliage de cobalt corroyé, généralement fourni sous forme de feuilles, de plaques et de barres. Sa forme corroyée est particulièrement adaptée à la fabrication de protections anti-érosion minces et courbes à partir de feuilles ou de plaques.

La désignation de l'alliage utilisée sur un composant de remplacement provient généralement du dessin de la turbine, de la documentation historique sur les matériaux ou des spécifications du composant existant.

Que se passe-t-il lorsque la bande de protection s'use ?

Une bande de protection de pale de turbine constitue elle-même une surface de travail.

Après une exposition prolongée à l'érosion par vapeur humide, la bande peut présenter des piqûres, une rugosité de surface, un amincissement ou un retrait le long du bord d'attaque. L'importance et la localisation de la perte de matière dépendent des conditions d'impact des gouttelettes et de la géométrie de la pale.

Lors de la révision des turbines, les bandes de protection usées sont souvent inspectées en même temps que la zone des pales environnantes.

Pour les projets de remplacement, la géométrie des bandes existantes fournit des informations importantes pour la fabrication. La courbure, l'épaisseur, la section transversale, la longueur et la forme des bords peuvent varier d'un étage de turbine à l'autre, même avec un même alliage de cobalt.

Cela fait des bandes de protection des aubes de turbines à vapeur des composants hautement spécifiques à l'emboutissage plutôt que des bandes droites standard en alliage de cobalt.

Bandes de protection sur mesure en alliage de cobalt pour pales de turbines à vapeur

SYTOP fournit des bandes de protection de pales de turbines à vapeur finies en alliage de cobalt 6 et en alliage de cobalt 6B selon les dessins du client.

La fabrication sur mesure peut couvrir différents aspects :

• Courbures

• longueurs de bande

• Épaisseurs

• Profils de section transversale

• Géométries des bords

• exigences de surface

• Spécifications des matériaux

Des certificats de matériaux et des rapports de contrôle dimensionnel peuvent également être fournis avec les composants finis. Des essais supplémentaires peuvent être réalisés si cela est spécifié dans la documentation du projet.

Pour les projets de remplacement, les clients fournissent généralement le dessin du composant existant, la désignation de l'alliage, la quantité et les rapports d'inspection ou les dossiers de matériaux disponibles.

Envoyez vos besoins en bandes pour aubes de turbines à vapeur via WhatsApp / WeChat :+86 130 0924 9727ouventes@cocralloy.compour obtenir un devis.