Материалы, применяемые для изготовления деталей турбин должны обеспечивать заданный срок службы 100000 часов для паровых турбин, 80000- 100000 часов для корпусных деталей газовых турбин, 15000-20000 часов для лопаточного аппарата газовых турбин.
Все материалы, применяемые для изготовления деталей турбин можно разделить на несколько групп:
1. Нелегированные стали – для деталей, работающих притемпературе
t = 350 ¸ 400° C.
2. Легированныестали(перлитныеимартенситные)–длядеталей,работающих при температуре t >550 C. Для повышения жаропрочностиэтистали легированы присадками Cr, Mo, W, Mn, Nb, V, Co. Общее количество присадок от 5 до 14%. Допускается в этих сталях небольшое количествоуглерода и кремния. При t > 600 C механические характеристики ухудшаются.
Преимущества легированных сталей:
1) Высокая теплопроводность, низкие температурныенапряжения.
2) Умеренные линейныерасширения.
3) Хорошая обрабатываемость в холодном и горячемсостоянии (возможность получить поковки большихразмеров).
4) Высокий логарифмический декремент затухания.
5) Невысокаястоимость.
3. Легированные стали (аустенитные) – работают притемпературе t £ 700° C.
Для повышения жаропрочности к этим сталям добавляются присадки Cr, Mo, Ni, W, Nb, B (0X18Н10Т).
4. Сплавы на основе никеля и хрома. Работают при температуре t > 800 C без охлаждения. Содержат не более 2÷3% Fe. Недостатком этих сплавов являются то, что они плохо подвергаются обработке резанием и давлением. Применяются для изготовления лопаток турбин.
При выборе материалов необходимо учитывать их стоимость: углеродистая сталь – 1;
перлитный класс - ≈2,5;
аустенитный класс - ≈10;
сплавы на основе Ni, Cr - ≈50.
5. Металлокерамические сплавы. Детали изметаллокерамических сплавов изготавливаются методом порошковой металлургии. Этиматериалысохраняют свои свойства до температуры t £1100° C.
Недостатки металлокерамических сплавов:
1) высокаястоимость;
2) необрабатываемость механическимспособом;
3) хрупкость.
Применяется металлокерамический сплав для изготовления лопаток сопловых аппаратов и колес небольших диаметров, а также в газовых турбинах космических аппаратов. Лопатки на дисках изготавливаются методом электрической эрозии.
6. Титановые сплавы. Применяются при сравнительно невысоких
температурах t £ 300° C. Используют для облегчения массы механизма, для изготовления рабочих лопаток последних ступеней, для уменьшения магнитного поля корабля на заказах с титановыми корпусами.
Группы титановых сплавов:
1) ВТ-сплавы (виамовский титан«ВИАМ»).
ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ-6, ВТ-16. Эти сплавы используют для изготовления листов фюзеляжа самолета, ракет.
2) АТ-сплавы (апатемический титан «ИМЕТАНРФ»).
Добавляются легирующие присадки: Al, Fe, Cr, B. АТ3, АТ6, где цифрой указано процентное содержание алюминия.
3) ПТ-сплавы (прометиевый титан «ЦНИИПрометей»).
ПТ-1М, ПТ-7М, ПТ-3В. Эти сплавы хорошо свариваются, имеют высокие механические характеристики. Выпускаются в виде листов различной толщины для изготовления корпусов, в виде поковок и в виде труб. Применяются при температурах t £ 350° C.
Рассмотрим состав некоторых сплавов, приведенных в таблице ниже:
| Марка | Химическийсостав |
| ВТ1-00 | Ti |
| ВТ1-0 | Ti |
| ВТ5 | 5%Al |
| ВТ5-1 | 5%Al+2,5%Sn |
| AТ-4 | 4%Al+1,5%(Fe, Cr, Si, B) |
| ВТ3-1 | 6%Al+2,5%Mo+2%Cr+0,3%Si+0,5%Fe |
| ТС5 | 5%Al+2%Zr+3%Sn+2%V |
| 4201 | 33%Mo |
Рассмотрим возможность применения различных материалов в деталях турбины:
| Марка | Обозначение | Класс | tmax,ºC | Применение |
| 25Л | - | Углерод | 450 | Корпусныедетали |
| 35Л | - | Углерод | 510 | Корпусныедетали |
| 20Х3МФВ | ЭН415 | Перлит | 580 | Диски, валы, роторы, крепеж |
| 2Х13 | ЭН2 | Мартенсит | 500 | Лопаткитурбин |
| 1Х12ВНМФ | ЭН802 | Мартенсит | 580 | Диски, роторы, лопатки |
| ХН35ВТ | ЭН612 | Аустенит | 650 | Диски, роторы, лопатки |
| ХН80ТБЮ | ЭН607 | Сплав Ni | 700 | Диски, роторы, лопатки |
| ХН75МВЮ | ЭН827 | Сплав Ni | 800 | Диски, роторы, лопатки |
ТС-5 используют для изготовления рабочих лопаток последних ступеней корабельных турбин. Сплавы 4200, 4201 являются коррозионностойкими, их применяют в химической промышленности.
Глава 10. Подшипники турбин.
10.1. Общие положения.
10.2. Опорные подшипники. Конструкции и принципы расчета.
10.3. Упорные подшипники Конструкции и принципы расчета.
Глава 11. Главные передачи.
11.1. Общие положения.
11.2. Цилиндрические редукторы.
11.3. Планетарные редукторы.
Часть 3. Газовые турбины.
Глава 12. Особенности рабочего процесса.
12.1. Тепловые схемы и термодинамические циклы ГТУ.
12.2. ГТУ с теплоутилизационным контуром.
12.3. Главные и вспомогательные газотурбинные агрегаты.
12.4. Камеры сгорания.
12.5. Запуск и эксплуатация ГТУ
Раздел 2. Паротурбинные установки.
Глава 13. Судовые паротурбинные установки.
13.1. Назначение и состав паротурбинной установки.
13.2. Принципиальные тепловые схемы ПТУ.
13.3. Термодинамические циклы ПТУ.
13.4. Судовой пропульсивный комплекс.
13.5.Показатели технологичности ПТУ.
2) Корабельные конденсационные установки.
3) Переменные режимы работы корабельных ПТУ.
4) Регулирование мощности ПТУ.
5) Линия вала.
6) Подшипники линии вала.
8) Особенности компоновки ПТУ различных поколений.
9) Технология монтажа ПТУ атомных подводных лодок.
10) Эксплуатация корабельных ПТУ.
11) Ремонт корабельных ПТУ.
12) Принципиальные тепловые схемы ПТУ.
13) Паровые и паровоздушные системы ПТУ.
14) Назначение и принцип действия главного конденсатора, конструкция
и материалы деталей. Тепловой и габаритный расчеты конденсаторов.
14) Конденсатно-питательная система (КПС).
16) Система маслоснабжения ПТУ.
17) Системы охлаждения основного оборудования ПТУ.
