Водородным охрупчиванием

Турбогенератор с водородным охлаждением

В первой пятилетке заводами «Электросила» и «ХЭМЗ» была разработана и освоена производством серия синхронных компенсаторов с воздушным охлаждением мощностью до 30 тыс. ква и построены опытные машины с водородным охлаждением.

Одновременно следовало обеспечить интенсивный отвод тепла от активных частей турбогенератора. В качестве охлаждающей среды был применен водород, имеющий удельный вес в 14 раз меньше воздуха и в 7 раз большую теплопроводность. Первый турбогенератор мощностью 100 тыс. кет со скоростью вращения 3000 об/мин и поверхностным водородным охлаждением обмоток статора был изготовлен заводом «Электросила» в 1946 г. для Ново-Московской ГРЭС, а в 1952 г. был изготовлен такой же турбогенератор мощностью 150 тыс. кет.

Дальнейший прогресс в строительстве турбогенераторов связан с применением водяного охлаждения стержней обмотки статора. Первые машины с водяной системой охлаждения обмотки статора построены заводом «Электросила», в 1960г.—мощностью 165 тыс. кете, а в 1962г.— мощностью 300 тыс. кет. Харьковский завод тяжелого электромашиностроения в 1962 г. изготовил первый в стране турбогенератор мощностью 300 тыс. кет с водородным охлаждением обмоток статора и ротора.

8. Генераторы типа Т-2 с воздушным и водородным охлаждением при числе оборотов 3000 в минуту

Примечание. Генераторы серии ТВ могут длительно работать при воздушном охлаждении с нагрузкой, не превышающей 60 °/0 аоминальной. Вес статора для генераторов с водородным охлаждением указан с щитами и газоохладителями.

В турбогенераторах с водородным охлаждением сборку масляных уплотнений вала (фиг. 4) необходимо вести в такой последовательности.

При монтаже генераторов с водородным охлаждением проверяют, газоплотность ротора путем создания в нем воздушного давления 1—2 ати и статора при удаленном роторе путем создания •в нем давления не более 0,1 ати.

Основное энергетическое оборудование — турбогенераторы, трансформаторы. На рис. 3.8 дана схема смазывания турбогенератора мощностью 25 МВт с водородным охлаждением.

Рис. 3.8. Схема смазывания турбогенератора мощностью 25 МВт с водородным охлаждением (смазывание маслом Тп-22):

Для турбогенераторов мощностью 25 МВт с водородным охлаждением аормы расхода турбинного масла Тп-22 в среднем за год составляют: на потери при смене и регенерации—6% объема масляной системы турбин, на промывку при ремонте (с учетом регенерации) — 1%.

Снижение циклической прочности при нанесении гальванических покрытий обусловлено главным образом водородным охрупчиванием ме-0 1 г з н кгс/ммг талла детали и покрытия.

Защиту от коррозионного растрескивания может оказать небольшая катодная поляризация, однако при ее увеличении время до растрескивания уменьшается, что связано с водородным охрупчиванием стали. В некоторых случаях для предотвращения коррозионного растрескивания применяют анодную защиту. При анодной поляризации стали, находящиеся в пассивном состоянии, более устойчивы к коррозионному растрескиванию.

В работах [61] и [96] предложено связывать сокращение периода зарождения трещин с водородным охрупчиванием материала по следующему механизму. При выдержке т материала под нагрузкой происходит диффузия свободного Н2 в очаг разрушения и его скопление по полосам скольжения или по границам (о^ + Р^)-структуры, при этом крупные размеры зерен и ос-пластин активизируют этот процесс. При высоком уровне напряжения водородное охрупчивание сопровождается эффектом ползучести, особенно при нагреве материала.

Так как количество водорода, образующегося при взаимодействии стали с водой, пропорционально количеству металла, превращающегося в магнетит, то по количеству выделившегося водорода можно судить об интенсивности коррозии стали и о формах ее протекания. Образовавшийся водород в основном попадает в пар, однако возможно также насыщение водородом металла. В последнем случае протекание коррозии осложняется водородным охрупчиванием стали [5].

Считается, что причина сероводородной хрупкости — проникновение в сталь водорода, образующегося в протонном виде, в результате электрохимической коррозии металла в водных растворах сероводорода. Атомарный водород способен диффундировать в кристаллической решетке металла, достигая микротрещин, пустот, где он накапливается, образует молекулярный водород, создающий по мере накопления огромное давление. Такое давление в сочетании с приложенными растягивающими напряжениями приводит к внезапным разрушениям. Подобный процесс называют водородным охрупчиванием.

После очередного скачка в трещине работает активная коррозионная гальванопара, где анод — СОП по месту микронадрыва, а катод — стенки трещины, которым отвечает стационарный потенциал по месту „бывшей" СОП. По истечении периода активности СОП, характеризуемого временем Г, работа гальванопары угасает. Рассмотрим развитие трещины коррозионного растрескивания углеродистых сталей в 3 %-м водном растворе NaCl. Анализ процессов, протекающих в трещине (см. рис. 6), дает возможность предположить следующее: в момент скачка происходит механический микронадрыв металла в вершине трещины по месту, ослабленному водородным охрупчиванием, в результате чего трещина подвигается на величину Д/м. После скачка трещины на величину Д/м возникает СОП, на которой усиленно протекает анодный процесс, вследствие работы гальванопары с электродами СОП — „бывшая" СОП, а также реализуется под-кисление нейтральной среды в связи с гидролизом продуктов коррозии. Последнее способствует протеканию катодного процесса частично с водородной деполяризацией. Активный локальный анодный процесс по всему фронту СОП после скачка ведет к расширению трещины, а также, ее коррозионному продвижению на величину Д /к в глубь металла. При этом чисто коррозионное расширение трещины не превышает 2Д /к.

По мере дальнейшего углубления трещины и роста в ее вершине напряжений следует ожидать смещения области максимальных напряжений из зоны перед вершиной трещины непосредственно в ее вершину [33, 37, 41]. При этом очередной .механический скачок трещины реализуется вперед от ее вершины. При достаточно больших напряжениях скачок начнется не при максимальных напряжениях, а несколько раньше и будет проходить не мгновенно, а продолжаться во времени (вплоть до снижения нагрузки). Учитывая сказанное, есть основания полагать, что наступит VII этап развития трещины, на котором основную роль, наряду с водородным охрупчиванием, начнет играть адсорбционный фактор, т. е. адсорбционное разупрочнение. Роль коррозионного фактора существенно уменьшится, так как А/к на данном этапе меньше Д/м. Адсорбционное понижение прочности реализуется в последнем случае в силу того, что СОП, возникающая при надрыве металла, образуется во времени. Среда, адсорбируя» на СОП по мере ее образования, способствует разрушению металла. По-видимому, VII этап завершится разрушением металла по Месту трещины.

Установлено, что в кислых средах (растворы кислот) наиболее склонны к коррозионному растрескиванию углеродистые неотпущенные стали, а также стали, подвергнутые низкотемпературному отпуску. Растрескивание закаленных сталей в кислых средах объясняется в основном водородным охрупчиванием [8, 19}.

Изложены вопросы коррозионно-механической прочности металлов, влияние коррозионных сред на характеристики ползучести. Описаны новые представления о механизме коррозионного растрескивания и связи его с водородным охрупчиванием. Рассмотрены кинетика и механизм влияния водородного охруп-чивания в процессе коррозионного растрескивания различных сталей и сплавов. Показана зависимость этих видов разрушения от различных структурных факторов. Приведены сведения о коррозионном растрескивании высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов, механизме этих процессов и способах защиты.

торое может (но не обязательно) сопровождать КР. Водород как газ или в виде частиц, возникающих в результате химических или электрохимических реакций, может рассматриваться как агрессивный агент, способный вызывать КР. Но в процессе классических исследований водородного охрупчивания имели дело с водородом, растворенным в металле, что не характерно для коррозионных агентов. В прошлом это приводилось в качестве аргумента против связи КР с водородным охрупчиванием. Данный обзор показывает, что такой вывод не может считаться общим. Известен ряд случаев, когда водород участвует в КР, причем существовавшее мнение о соотношении между водородным растрескиванием и, например, анодным растворением как компонентами КР нуждается в поправке или даже в пересмотре. К целям данной главы относится также анализ роли и соотношения различных механизмов в КР-

В общем случае большинство механических свойств стали можно улучшить, удаляя остаточные примеси или регулируя их содержание. Это, по-видимому, справедливо и в отношении охрупчивания при воздействии окружающей среды. Например, вакуумный переплав повышал стойкость мартенситной стали 410 к водородному .растрескиванию [7] и увеличивал долговечность 30%-ной хромистой стали при коррозионной усталости в условиях статического на-гружения. Особенно вредными примесями являются сера и фосфор [9, 10], что может иметь отношение к тесной связи между водородным охрупчиванием и хрупкостью, вызванной отпуском [И, 12].