Использование роботизированного комплекса при восстановлении рабочих лопаток паровых турбин

Денис [Denis] Владимирович [V.] Настека [Nasteka]; Александра [Aleksandra] Ивановна [I.] Лебедева [Lebedeva]

doi:10.24160/1993-6982-2018-6-27-32

Денис [Denis] Владимирович [V.] Настека [Nasteka]
Александра [Aleksandra] Ивановна [I.] Лебедева [Lebedeva]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2018-6-27-32

Keywords: steam turbine, erosion damage, blade airfoil restoration, laser powder surfacing, robotic system

Abstract

Application of advanced innovative methods for carrying out restorative repair of steam turbine rotor blades is a topical issue for the Russian power industry. Laser-powder surfacing technique is one of such methods. Rotor blades used in the last stages of steam turbine low-pressure cylinders (LPC) operate under the conditions of a two-phase steam flow, which causes erosion wear of the blade leading edges. Attempts to increase the steam turbine capacity involve the use of longer LPC last-stage rotor blades. This, in turn, leads to higher circumferential velocities at the blade periphery and to a more intensive erosion wear. As a result, the rotor blade airfoil streamlining aerodynamics becomes deteriorated, the stage efficiency is degraded, and cracks able to cause rotor blade failure may develop in the blade airfoil part. In view of a high cost of new LPC last-stage rotor blades, it is economically expedient to restore the rotor blade’s damaged leading edge using various technologies, including the following ones: argon-arc, plasma, and gas-powder surfacing of the base material; electro-spark alloying of the rotor blade leading edge surface layer; application of ionplasma coatings to the blade airfoil surface; and stellite plate brazing. As is known, martensite steel grades 12Kh13, 20Kh13, 15Kh11MF, and EI-961 are the main materials used to manufacture rotor blades. In view of this circumstance, minimizing the thermal influence on the base material to avoid possible formation of areas with increased hardness is an essential condition for successfully performing the rotor blade restoring operations. The use of laser surfacing technology fully meets this condition. In restoring the rotor blade airfoil shape using the laser surfacing method, the restoring steel is applied, in a layerwise manner, to the prepared blade airfoil surface by melting the base and the filler material. Since the base is molten to a minimal extent, the restored area properties are determined by the filler material properties and by the technology of its application. The robotic system applied in the installation for restoring the blade airfoil using the laser powder surfacing method allows the operator to select the optimal shape restoration conditions, thus ensuring high quality of repair and extension of the blade service life.

Information about authors

Денис [Denis] Владимирович [V.] Настека [Nasteka]

Workplace

Open Company «QUARTZ Group»

Occupation

Head of Technical Policy Direction

Александра [Aleksandra] Ивановна [I.] Лебедева [Lebedeva]

Science degree:

Ph.D. (Techn.)

Workplace

Steam and Gas Turbines named A.V. Shcheglyaev Dept., NRU MPEI

Occupation

Assistant Professor

References

1. Рыженков В.А., Лебедева А.И., Медников А.Ф. Современное состояние и способы решения проблемы эрозионного износа лопаток влажно-паровых ступеней турбин // Теплоэнергетика. 2011. № 9. С. 8—13.

2. Орлик В.Г., Качуринер Ю.Я, Червонный В.Ф. Эрозия рабочих лопаток последних ступеней турбин припусковых и малорасходных режимах // Электрические станции. 2007. № 4. С. 6—10.

3. Симою Л.Л., Эфрос Е.И., Гуторов В.Ф. Влияние режимных факторов на интенсивность эрозионных повреждений лопаточного аппарата теплофикационных турбин // Электрические станции. 2000. № 10. С. 12—18.

4. Должанский П.Р., Доброхотов С.Э. Повышение эксплуатационной надежности рабочих лопаток последних ступеней турбин Т-250/300-240 // Надежность и безопасность энергетики. 2008. № 1. С. 56—59.

5. Гонсеровский Ф.Г., Силевич В.М. Продление срока службы узлов деталей проточной части турбин ТЭС и АЭС // Тяжелое машиностроение. 2002. № 10. С. 59—63.

6. Щедролюбов В.Л. и др. Замена и ремонт лопаток последних ступеней паровых турбин // Энергетик. 2002. № 2. С. 37—39.

7. Микунис С.И. Надежность рабочих лопаток последних ступеней ЦНД турбоагрегатов // Электрические станции. 1997. № 12. С. 34—40.

8. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.

9. Грачев О.Е., Неуймин В.М., Настека Д.В. Повышение эффективности ремонтов, изготовления и эксплуатации оборудования ТЭС путем применения газотермического нанесения покрытий и лазерной наплавки // Известия высш. учеб. заведений и энергетических Объединений СНГ. Серия «Энергетика». 2015. № 6. С. 55—61.

10. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.

11. Valsecchi B., Previtali B., Gariboldi E. Fibre Laser Cladding of Turbine Blade Leading Edges: the Effect of Specific Energy on Clad Dilution // Intern. J. Structural Integrity. 2012. V. 3. Iss. 4. Pp. 377—395.

12. Brandt M., Sun S., Alam N., Bendeich P., Bishop A. Laser Cladding Repair of Turbine Blades in Power Plants: from Research to Commercialisation // Intern. Heat Treatment and Surface Eng. 2009. V. 3. No. 3. Pp. 105—114.

13. Семенов Е.Н., Сидорова А.В. Эффективное зонирование рабочего пространства промышленного робота Kuka // Вестник ИГТУ. 2015. № 12. C. 86—96.
---
Для цитирования: Настека Д.В., Лебедева А.И. Использование роботизированного комплекса при восстановлении рабочих лопаток паровых турбин // Вестник МЭИ. 2018. № 6. С. 27—32. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-6-27-32.
#
1. Ryzhenkov V.A., Lebedeva A.I., Mednikov A.F. Sovremennoe Sostoyanie i Sposoby Resheniya Problemy Erozionnogo Iznosa Lopatok Vlazhno-parovyh Stupeney Turbin. Teploenergetika. 2011;9:8—13. (in Russian).

2. Orlik V.G., Kachuriner Yu.Ya, Chervonnyy V.F. Eroziya Rabochih Lopatok Poslednih Stupeney Turbin Pripuskovyh i Maloraskhodnyh Rezhimah. Elektricheskie Stantsii. 2007;4:6—10. (in Russian).

3. Simoyu L.L., Efros E.I., Gutorov V.F. Vliyanie Rezhimnyh Faktorov na Intensivnost' Erozionnyh Povrezhdeniy Lopatochnogo Apparata Teplofikatsionnyh Turbin. Elektricheskie Stantsii. 2000;10:12—18. (in Russian).

4. Dolzhanskiy P.R., Dobrohotov S.E. Povyshenie Ekspluatatsionnoy Nadezhnosti Rabochih Lopatok Poslednih Stupeney Turbin T-250/300-240. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2008;1:56—59. (in Russian).

5. Gonserovskiy F.G., Silevich V.M. Prodlenie Sroka Sluzhby Uzlov Detaley Protochnoy Chasti Turbin TES i AES. Tyazheloe Mashinostroenie. 2002;10:59—63. (in Russian).

6. Shchedrolyubov V.L. i dr. Zamena i Remont Lopatok Poslednih Stupeney Parovyh Turbin. Energetik. 2002;2: 37—39. (in Russian).

7. Mikunis S.I. Nadezhnost' Rabochih Lopatok Poslednih Stupeney TSND Turboagregatov. Elektricheskie Stantsii. 1997;12:34—40. (in Russian).

8. Grigor'yants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Tekhnologicheskie Protsessy Lazernoy Obrabotki. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2008. (in Russian).

9. Grachev O.E., Neuymin V.M., Nasteka D.V. Povyshenie Effektivnosti Remontov, Izgotovleniya i Ekspluatatsii Oborudovaniya TES Putem Primeneniya Gazotermicheskogo Naneseniya Pokrytiy i Lazernoy Naplavki. Izvestiya Vyssh. Ucheb. Zavedeniy i Energeticheskih Ob′edineniy SNG. Seriya «Energetika». 2015;6:55—61. (in Russian).

10. Grigor'yants A.G. Osnovy Lazernoy Obrabotki Materialov. M.: Mashinostroenie, 1989. (in Russian).

11. Valsecchi B., Previtali B., Gariboldi E. Fibre Laser Cladding of Turbine Blade Leading Edges: the Effect of Specific Energy on Clad Dilution. Intern. J. Structural Integrity. 2012;3;4:377—395.

12. Brandt M., Sun S., Alam N., Bendeich P., Bishop A. Laser Cladding Repair of Turbine Blades in Power Plants: from Research to Commercialisation. Intern. Heat Treatment and Surface Eng. 2009;3;3:105—114.

13. Semenov E.N., Sidorova A.V. Effektivnoe Zonirovanie Rabochego Prostranstva Promyshlennogo Robota Kuka. Vestnik IGTU. 2015;12. C. 86—96. (in Russian).
---
For citation: Nasteka D.V., Lebedeva A.I. Using a Robotic System in Repairing Steam Turbine Rotor Blades. MPEI Vestnik. 2018;6:27—32. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-6-27-32.