Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades
This paper is devoted to the important problem of creating a method for predicting the intensity of erosion-corrosion destruction of the working blades material of low-pressure stages of powerful steam turbines, considering the complex physical processes that accompany the emergence, transformation...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2023
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/277872 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-277872 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-04-20T06:15:12Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Шубенко, О. Л. Тарелін, А. О. |
| spellingShingle |
Шубенко, О. Л. Тарелін, А. О. Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades |
| author_facet |
Шубенко, О. Л. Тарелін, А. О. |
| author_sort |
Шубенко, О. Л. |
| title |
Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades |
| title_short |
Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades |
| title_full |
Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades |
| title_fullStr |
Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades |
| title_full_unstemmed |
Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades |
| title_sort |
simulation of the erosion-corrosion destruction process of steam turbine low-pressure cylinder blades |
| title_alt |
Моделювання процесу ерозійно-корозійного руйнування лопаток циліндрів низького тиску парових турбін Моделювання процесу ерозійно-корозійного руйнування лопаток циліндрів низького тиску парових турбін |
| description |
This paper is devoted to the important problem of creating a method for predicting the intensity of erosion-corrosion destruction of the working blades material of low-pressure stages of powerful steam turbines, considering the complex physical processes that accompany the emergence, transformation of erosion-hazardous droplets and their interaction with elements of the flow path. The features of the construction of some existing erosion models are considered. The model that is developed at the Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine and based on a deterministic-statistical approach to its creation is analyzed in detail. The calculations performed during the research showed a satisfactory coincidence with the results of experimental tests by various authors, obtained on droplet impact stands, which contributed to the successful use of the model in creating a comprehensive method of predicting the wear of working blades. To do this, it was supplemented by the method of determining the parameters of the erosive environment based on the droplet movement equation, taking into account the size distribution law. Along with that, it is shown that the considered model, although it allows to carry out fairly accurate prediction of the development of erosive wear at the modern level, has difficulties in its construction due to the need to identify it from the data of full-scale experiments, the number of which is limited. It has been established that one of the important reasons for the discrepancies that arise is the failure to include of the electrophysical component of the processes occurring in a two-phase flow. In this regard, the results of comprehensive studies of steam electrization and its influence on the working processes of wet steam turbines are considered. It is shown that the change in the properties of the working medium as a functional erosive medium as a result of electrification causes a significant increase (relative to neutral wet steam) of electrochemical processes. At the same time, the kinetics of the damage accumulation to the metal surface layer changes due to the joint occurrence of several negative processes: droplet impact influence; electrochemical processes caused by mechanical and structural and chemical heterogeneity of the surface; hydrogen absorption; changes in mechanical properties under the electric field influence. It was noted that the contribution of hydrogen absorption to changes in mechanical properties is the greatest. According to a preliminary assessment, the complex negative droplet impact and electrophysical influence on the metal surface reduces the incubation period and intensifies the erosion-corrosion process by approximately 2 times |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/277872 |
| work_keys_str_mv |
AT šubenkool simulationoftheerosioncorrosiondestructionprocessofsteamturbinelowpressurecylinderblades AT tarelínao simulationoftheerosioncorrosiondestructionprocessofsteamturbinelowpressurecylinderblades AT šubenkool modelûvannâprocesuerozíjnokorozíjnogorujnuvannâlopatokcilíndrívnizʹkogotiskuparovihturbín AT tarelínao modelûvannâprocesuerozíjnokorozíjnogorujnuvannâlopatokcilíndrívnizʹkogotiskuparovihturbín |
| first_indexed |
2025-07-17T12:02:50Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:02:50Z |
| _version_ |
1850411837329244160 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2778722024-04-20T06:15:12Z Simulation of the Erosion-Corrosion Destruction Process of Steam Turbine Low-Pressure Cylinder Blades Моделювання процесу ерозійно-корозійного руйнування лопаток циліндрів низького тиску парових турбін Моделювання процесу ерозійно-корозійного руйнування лопаток циліндрів низького тиску парових турбін Шубенко, О. Л. Тарелін, А. О. This paper is devoted to the important problem of creating a method for predicting the intensity of erosion-corrosion destruction of the working blades material of low-pressure stages of powerful steam turbines, considering the complex physical processes that accompany the emergence, transformation of erosion-hazardous droplets and their interaction with elements of the flow path. The features of the construction of some existing erosion models are considered. The model that is developed at the Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine and based on a deterministic-statistical approach to its creation is analyzed in detail. The calculations performed during the research showed a satisfactory coincidence with the results of experimental tests by various authors, obtained on droplet impact stands, which contributed to the successful use of the model in creating a comprehensive method of predicting the wear of working blades. To do this, it was supplemented by the method of determining the parameters of the erosive environment based on the droplet movement equation, taking into account the size distribution law. Along with that, it is shown that the considered model, although it allows to carry out fairly accurate prediction of the development of erosive wear at the modern level, has difficulties in its construction due to the need to identify it from the data of full-scale experiments, the number of which is limited. It has been established that one of the important reasons for the discrepancies that arise is the failure to include of the electrophysical component of the processes occurring in a two-phase flow. In this regard, the results of comprehensive studies of steam electrization and its influence on the working processes of wet steam turbines are considered. It is shown that the change in the properties of the working medium as a functional erosive medium as a result of electrification causes a significant increase (relative to neutral wet steam) of electrochemical processes. At the same time, the kinetics of the damage accumulation to the metal surface layer changes due to the joint occurrence of several negative processes: droplet impact influence; electrochemical processes caused by mechanical and structural and chemical heterogeneity of the surface; hydrogen absorption; changes in mechanical properties under the electric field influence. It was noted that the contribution of hydrogen absorption to changes in mechanical properties is the greatest. According to a preliminary assessment, the complex negative droplet impact and electrophysical influence on the metal surface reduces the incubation period and intensifies the erosion-corrosion process by approximately 2 times Роботу присвячено вирішенню важливої проблеми, а саме розробці методу прогнозування інтенсивності ерозійно-корозійного руйнування матеріалу робочих лопаток ступенів низького тиску потужних парових турбін, що враховує комплекс складних фізичних процесів, які супроводжують виникнення, трансформацію ерозійно-небезпечних крапель та їх взаємодію з елементами проточної частини. Розглянуто особливості побудови деяких існуючих моделей ерозії. Докладно проаналізовано розроблену в Інституті проблем машинобудування НАН України модель, засновану на детерміновано-статистичному підході. Виконані під час дослідження розрахунки показали задовільний збіг із результатами експериментальних випробувань різних авторів, одержаними на краплеударних стендах, що сприяло успішному використанню моделі при створенні комплексного методу прогнозування зношування робочих лопаток. Для цього вона доповнюється методом визначення параметрів ерозійного середовища на базі рівняння руху крапель з урахуванням закону розподілу за розміром. Разом с тим показано, що розглянута модель, хоч і дозволяє на сучасному рівні здійснювати досить точне прогнозування розвитку ерозійного зносу, але має складнощі в побудові, пов’язані з необхідністю її ідентифікації за даними натурних експериментів, кількість яких обмежена. Встановлено, що однією з важливих причин розбіжностей є неврахування електрофізичної складової процесів, що відбуваються у двофазному потоці. У зв’язку з цим розглянуто результати комплексних досліджень електризації пари та її впливу на робочі процеси волого-парових турбін. Показано, що зміна властивостей робочого тіла як функціонального ерозійного середовища в результаті електризації викликає суттєве посилення (стосовно нейтральної вологої пари) електрохімічних процесів. При цьому змінюється кінетика накопичення пошкодженості поверхневого шару металу за рахунок спільного протікання кількох негативних процесів: крапельно-ударного впливу; електрохімічних процесів, зумовлених механічною і структурно-хімічною неоднорідністю поверхні; абсорбції водню; зміни механічних властивостей під впливом електричного поля. Зауважено, що внесок абсорбції водню у зміни механічних властивостей найбільший. За попередньою оцінкою комплексний негативний крапельно-ударний та електрофізичний вплив на поверхню металу зменшує інкубаційний період та інтенсифікує ерозійно-корозійний процес приблизно в 2 рази Роботу присвячено вирішенню важливої проблеми, а саме розробці методу прогнозування інтенсивності ерозійно-корозійного руйнування матеріалу робочих лопаток ступенів низького тиску потужних парових турбін, що враховує комплекс складних фізичних процесів, які супроводжують виникнення, трансформацію ерозійно-небезпечних крапель та їх взаємодію з елементами проточної частини. Розглянуто особливості побудови деяких існуючих моделей ерозії. Докладно проаналізовано розроблену в Інституті проблем машинобудування НАН України модель, засновану на детерміновано-статистичному підході. Виконані під час дослідження розрахунки показали задовільний збіг із результатами експериментальних випробувань різних авторів, одержаними на краплеударних стендах, що сприяло успішному використанню моделі при створенні комплексного методу прогнозування зношування робочих лопаток. Для цього вона доповнюється методом визначення параметрів ерозійного середовища на базі рівняння руху крапель з урахуванням закону розподілу за розміром. Разом с тим показано, що розглянута модель, хоч і дозволяє на сучасному рівні здійснювати досить точне прогнозування розвитку ерозійного зносу, але має складнощі в побудові, пов’язані з необхідністю її ідентифікації за даними натурних експериментів, кількість яких обмежена. Встановлено, що однією з важливих причин розбіжностей є неврахування електрофізичної складової процесів, що відбуваються у двофазному потоці. У зв’язку з цим розглянуто результати комплексних досліджень електризації пари та її впливу на робочі процеси волого-парових турбін. Показано, що зміна властивостей робочого тіла як функціонального ерозійного середовища в результаті електризації викликає суттєве посилення (стосовно нейтральної вологої пари) електрохімічних процесів. При цьому змінюється кінетика накопичення пошкодженості поверхневого шару металу за рахунок спільного протікання кількох негативних процесів: крапельно-ударного впливу; електрохімічних процесів, зумовлених механічною і структурно-хімічною неоднорідністю поверхні; абсорбції водню; зміни механічних властивостей під впливом електричного поля. Зауважено, що внесок абсорбції водню у зміни механічних властивостей найбільший. За попередньою оцінкою комплексний негативний крапельно-ударний та електрофізичний вплив на поверхню металу зменшує інкубаційний період та інтенсифікує ерозійно-корозійний процес приблизно в 2 рази Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2023-06-30 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/277872 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 26 No. 1 (2023); 29-38 Проблемы машиностроения; Том 26 № 1 (2023); 29-38 Проблеми машинобудування; Том 26 № 1 (2023); 29-38 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/277872/272630 https://journals.uran.ua/jme/article/view/277872/272631 Copyright (c) 2023 О. Л. Шубенко, А. О. Тарелін http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |