Металлы турбин атомных электростанций

При выборе материалов необходимо учитывать следующие основные особенности работы турбинных установок АЭС:

1. Повышенные требования к надежности.

2. Повышенные требования к сопротивляемости материалов коррозии, щелевой и ударной эрозии.

3. Предотвращения возникновения в одноконтурных установках остаточной гамма – радиации.

1. Щелевой эрозии (размыв поверхности материала детали струей влажного пара, проходящего через щель с большой скоростью) подвергаются цилиндры, обоймы, диафрагмы по плоскостям их размеров

Составление стойкости материалов, рекомендуемых к применению в турбинах АЭС, против щелевой эрозии дается в таблице.

Таблица

Группа стойкости	Балл	Эрозийная стойкость по отношению к ст. 12Х18Н10Т	Материал
Весьма стойкие		1,5	Стеллит ВКЗ Титановые сплавы: ВТ5; ТС5
Стоикие		0,75 - 1,5	Аустенитные хромоникелевые стали марок: 08Х18Н10Т; 12Х18Н10Т; 12Х18Н10ТЛ; ХН35ВТ; 31Х19Н9МВБТ
	0,25 - 0,75	Мартенентостареющая нержавеющая сталь марки ЭП410У-Ш. Хромистые нержавеющие стали: 08Х13; 12Х13; 20Х13; 30Х13; 40Х13; 12Х13Л; 20Х13Л; 15Х11МФ; 15Х12ВНМФ
Пониженной стоикости		0,15 - 0,25	Кованные легированные перлитные стали, содержащие 1 – 3% хрома, термически обработанные на КП-50 ÷ КП-75 (по теории прочности: 35Х; 40Х; 30ХМА; 35ХМ; 25Х1МФ; 25Х2М1Ф; 20Х1М1Ф1ТР; 32ХМ1А; 34ХН1МА; 34ХН3МА).
	0,05 – 0,15	Кованные и литые перлитные стали, содержащие 1-2% хрома, термически обработанные на КП-25 ÷ КП-50: 15ХМ; 20ХМ; 20ХМЛ; 15Х1МФ и.т.д. и их сварные соединения

2 Ударной эрозии подвергаются рабочие лопатки, бандажи, демферные связи последних ступеней турбин. Интенсивность эрозийного износа зависит от влажности пара, размера капель и скорости их соударения с поверхностью детали.

Стойкость конструкционных материалов против ударной эрозии.

Таблица

Балл статности	НВ более	Материалы
		Твердые сплавы типа стеллит
		Хромистая нержавеющая сталь марок 15Х11МФ, 20Х12ВНМФ в закаленном виде
		Титановый высокопрочный сплав ТС-5
	Мартенентостареющая нержавеющая сталь марки ЭП41ОУ-Ш
		Титановый сплав ВТ-5
		Хромистые нержавеющие стали, термообработанные на КП 50-70: 15Х11МФ, 20Х12ВНМФ, 20Х13
	Аустенитная хромоникелевая нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т

Для лопаток большинства ступеней, кроме последних, а также для бандажей и демпферных связей можно применять материалы, имеющие балл стойкости 3-5.

Выходные кромки лопаток последних ступеней даже защищенные наиболее стойкими материалами (балл 1-2), все же подвергают некоторому эрозийному разрушению, особенно в начальный период работы турбины.

3 Остаточная радиация

Возникновение остаточной реакции в турбине и других агрегатах машинного зала в основном является следствием отложения в них продуктов коррозии, содержащих радиактивные изотопы: Cr⁵¹, Mn⁵⁹, Co⁵⁸, Fe⁵⁹, Zn⁶⁵, Co⁶⁰. Наибольшую биологическую опасность представляют долгоживущие изотопы, в первую очередь Со⁶⁰ и в значительно меньшей степени Zn⁶⁵.

Источником Со⁶⁰ могут являться твердые сплавы на кобольтовой основе. Применение таких сплавов в одноконтурных установках не рекомендуется.

Кроме того, источником кобольта могут являться так же стали, легированные никелем. В сталях, содержащих до 30% никеля государственными стандартами предусмотрено содержание кобальта менее 0,05%. Но для этого при производстве стали необходимо применять чистый никель марок Н-О, Н-1У, Н-1 и т.д.

При использовании никелевых сталей в одноконтурных установках необходимо проведение контроля на содержание кобольта, особенно в томслучае, если коррозионная стойкость этих сталей мала.

В одноконтурных установках применение сплавов, содержащих цинк, должно быть сведено к минимуму.

Качество радиоактивных отложений определяется интенсивностью коррозийного воздействия воды на металл оборудования, входящего в контур.

Как показывает практика, в общей радиоактивности доля отложений материала с поверхностей, расположенных вне активной зоны, составляет около 10%.

Количество металла, превращающегося в течении 10⁵ часов в продукты коррозии в воду, содержащей кислород, показано на рисунке.

а – углеродистые и низколегированные стали (до 5% хрома)

б – хромистые нержавеющие стали (Ст > 11%)

в – нержавеющие аустенитные хромоникелевые стали (Ст > 15%; Ni > 8%)

При расчетах на радиоактивность количество продуктов коррозии, уносимых водой, следует принимать равным 50% от их общего количества.

34. Внутренний к.п.д. η_oi активной ступени

Внутренние потери, повышающие теплосодержание пара так же как и потери, возникающие на рабочих лопатках, откладываются в is-диаграмме при построении процесса расширения пара на ступени.

Под внутренним к.п.д. понимаем отношение

Основным критерием для выбора оптимального отношения u/C₁служит не (η_u)_мах, а внутренний к.п.д. (η_i)_мах, так как величина потери на трение и вентиляцию так же зависит от отношения u/C₁.

Внутренняя работа массы 1 кг пара

, Дж/кг

Пренебрегая потерями на утечку и на влажность, которые не зависят от отношения u/C₁ можно написать для активной ступени

Для коэффициента потерь от трения и вентиляции мы уже имели выражение

но поскольку , то

Поскольку и есть функции отношения u/C₁, то для определения наивыгоднейшего отношения u/C₁, при котором достигается максимальное значение , задаются несколькими произвольными значениями u/C₁ в пределах 0,2-0,4. Затем по известной скорости C₁ находят u, а по ней диаметр диска d₁.

По формуле при заданном l_d для различны u/C₁ определяют парциальность ε. Затем вычисляют для различных u/C₁ величину и . Далее определяют окружной к.п.д. и строят кривую зависимости от u/C₁.