НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
"МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

Научный Центр "Износостойкость"

Защита оборудования ТЭК от каплеударной эрозии



Сущность проблемы. Каплеударная эрозия и коррозия деталей проточной части паровых турбин, в первую очередь, лопаток последних ступеней ЦНД приводят:

- к снижению эффективности и надежности эксплуатации оборудования тепловых и атомных электростанций,

- к недовыработке электроэнергии из-за снижения КПД;

- к повышению риска повреждений и аварий,

- к снижению ресурса и, как следствие,

- к необходимости регулярной замены или дорогостоящего ремонта лопаток турбины.

Износостойкость большинства типов защитных покрытий неудовлетворительна, а технологии, применяемые для их формирования, существенно загрязняют окружающую среду.

 

Решение.  Разработана и апробирована  инновационная экологически чистая ионно-плазменная PVD-технология (PVD – от англ. physical vapour deposition – физическая конденсация пара на поверхности) повышения эрозионной, коррозионной и термостойкости оборудования ТЭК путем формирования уникальных многослойных нанокомпозитных покрытий. Защитные покрытия формируются на функциональных поверхностях лопаток турбин и компрессоров, рабочих колесах насосов,  элементах пластинчатых теплообменников при использовании 3-х технологических комплексов. Для изучения процесса каплеударной эрозии и совершенствования характеристик покрытий созданы:

- уникальный экспериментальный комплекс «ЭРОЗИЯ-3М» с эрозионным стендом, позволяющим полностью смоделировать процессы, происходящие в реальных турбинах;

- измерительно–диагностический комплекс для обеспечения контроля характеристик поверхностных слоев, модифицированных слоев и защитных покрытий.

 

 

Эффективность:

- эрозионная стойкость материалов повышается в 4-6 раз;

- процесс упрочнения поверхности не меняет структуру и свойства основного материала при повышении термостойкости;

- усталостная прочность изделий  в рабочих средах   увеличивается в 2 раза;

- микротвердость поверхности изделий увеличивается   в 3-5 раз;

- повышение КПД и ресурса мощных паровых турбин, работающих при высоких температурах;

- отказ от экологически опасных производств по формированию защитных покрытий.

 

 

Назначение ионно-плазменной модификации поверхностей:

  • снижение эрозионного износа при ударном воздействии жидких и твердых частиц;
  • повышение ресурса, износостойкости и предела выносливости.

 

Физические основы и основные преимущества  ионно-плазменной  PVD-технологии:

  • высокие энергии осаждающихся частиц: 1¸1100 eV;
  • практически неограниченный выбор материалов и их соединений для получения покрытий с широким спектром уникальных свойств на основе использования металлов (Ti, Cr, Al, Nb, W и др.) и сплавов (Ni-Cr, Al-Si и др.), а также их соединений с азотом, углеродом, кислородом;
  • возможность модификации поверхностей изделий длиной до 3 м, весом до 5 т и сложной конфигурации при толщине покрытий до 30 мкм;
  • высокая производительность и относительно низкая себестоимость модификации функциональных поверхностей изделий;
  • экологическая безопасность процессов и высокая эффективность обработки материалов.

 

 

 

Область применения наномодифицированных поверхностей:

  • защитные эрозионностойкие покрытия важнейших элементов оборудования ТЭК (лопатки турбин и компрессоров, рабочие колеса насосов,  элементы пластинчатых теплообменников и т.п.), эксплуатирующихся в т.ч. в высокоагрессивных средах при наличии сероводорода, хлоридов, кислот, щелочей и др.

 

Формы сотрудничества:

  • оказание услуг по многократному повышению износостойкости ответственных элементов оборудования;
  • определение эрозионной стойкости материалов с упрочняющими защитными покрытиями при каплеударном воздействии;
  • внедрение технологии у Заказчика «под ключ» с передачей «ноу-хау».