5.4. Лопатки

5.4. Лопатки

5.4.1. Металл направляющих и рабочих лопаток турбин и компрессоров должен удовлетворять по химическому составу требованиям ГОСТ 5632, ОСТ 108.020.03, а также техническим условиям, индивидуальным для лопаток из материалов разных марок, в особенности из изготавливаемых по новым литейным технологиям (монокристаллические с направленной кристаллизацией и др.) или по новым технологиям штамповки на разных предприятиях-изготовителях.

5.4.2. На лопатках не допускаются трещины, следы задеваний, механические повреждения (риски, забоины, вмятины, в особенности на кромках, галтелях прикорневых зон), коррозионные язвы, в том числе на лопатках с защитным покрытием (особенно на выходных кромках и галтелях), следы общей коррозии, утоняющие рабочее сечение. Геометрические размеры лопаток (толщина кромок, особенно прикорневых зон и др.) должны соответствовать проектным.

5.4.3. Не допускаются трещины, разрушения бандажей и 2-образных связей, их повреждение, заклинивание в отверстиях лопаток, трещины в отверстиях под связи, наличие сварочного грата возле них.

    5.4.4. Для   основного   металла  лопаток  из сплавов ЭИ893ВД,
ЭИ8930И,    ЭИ893ВИ    (в  том   числе   с  защитными  покрытиями)
рекомендованы   следующие   критерии  эксплуатационной  надежности
(таблица 7):
    - твердость основного металла 2170 - 3136 МПа;
    - предел текучести сигма    - не более 784 МПа;
                            0,2
    -  пластичность при кратковременном растяжении при температуре
20 °С:   относительное    удлинение    дельта   -   не  менее 15%,
относительное сужение пси - не менее 17%;
    - ударная вязкость при температуре  20 °С KCU  -  не менее 0,3
МДж/кв. м;
    - запас прочности по фактическому пределу длительной прочности
- не менее 1,6;
    - длительная пластичность дельта   - не менее 5%;
                                    дл
    - микроструктура  основного  металла  с  зерном размером 2 - 4
балла,  карбидная  ликвация не выше 2-го балла; размер гамма'-фазы
0,07  - 0,12 мкм; конгломераты хромистых карбидов в микроструктуре
размером не более 5 мкм;  не  допускается   появления   в   тонкой
дислокационной  структуре  трех   систем   скольжения    и   полос
скольжения, образованных дислокационными скоплениями.

Таблица 7

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ,
ПРИМЕНЕННЫХ ДЛЯ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН ГТ-35, ГТЭ-45,
ГТ-100, ГТЭ-110, ГТЭ-150

┌──────────────┬─────────────────┬─────┬─────────┬─────────┬─────────┬───────┬─────────┬───────────┬────────┐
│   Турбина,   │   Технические   │Т   ,│ Предел  │ Предел  │Относи-  │Относи-│ Ударная │Твердость  │Время до│
│   материал,  │     условия;    │ исп │текучести│прочности│тельное  │тельное│вязкость │по Бринел- │разруше-│
│  технология  │ количество часов│°С   │сигма   ,│сигма ,  │удлинение│сужение│   KCU,  │лю, МПа    │ния, на-│
│              │   эксплуатации  │     │     0,2 │     в   │дельта, %│пси, % │МДж/кв. м│           │пряжение│
│              │   (количество   │     │МПа      │МПа      │         │       │         │           │        │
│              │     пусков),    │     │         │         │         │       │         │           │        │
│              │   температура   │     │         │         │         │       │         │           │        │
│              │   эксплуатации  │     │         │         │         │       │         │           │        │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│      1       │        2        │  3  │    4    │    5    │    6    │   7   │    8    │     9     │   10   │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-35,        │ТУ 108.02.005    │20   │490 - 666│>= 833   │>= 20    │>= 25  │>= 0,6   │2170 - 2770│-       │
│ЭИ8930И (рабо-│                 │750  │>= 392   │>= 637   │>= 11    │>= 15  │-        │           │500 ч,  │
│чие лопатки   │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│штампованные) │                 │     │         │         │         │       │         │           │290 МПа │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-100,       │ТУ 108.02.103    │20   │490 - 666│>= 833   │>= 20    │>= 22  │>= 0,6   │2170 - 2770│-       │
│ЭИ893ВД (рабо-│                 │750  │-        │>= 637   │>= 20    │>= 20  │-        │           │500 ч,  │
│чие лопатки   │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│штампованные с│                 │     │         │         │         │       │         │           │290 МПа │
│защитным ЭЛП  │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│покрытием     │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│Co-Cr-Al-Y    │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│в вакууме)    │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-35         │ТУ 108.02.118    │20   │>= 392   │>= 735   │>= 20    │>= 20  │>= 0,5   │2027 - 2499│-       │
│ЭИ612 (рабочие│                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│лопатки штам- │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│пованные)     │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-35,        │ОСТ 108.020.03   │20   │666 - 813│>= 784   │>= 13    │>= 40  │>= 0,4   │2362 - 2803│-       │
│ЭИ802 (рабочие│                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│лопатки штам- │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│пованные)     │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-45,        │ТУ 108.02.125    │20   │637 - 784│>= 1078  │>= 14    │>= 15  │>= 0,3   │>= 2600    │-       │
│ЭП800ВД (рабо-│                 │800  │>= 588   │>= 810   │>= 8     │>= 12  │-        │-          │100 ч,  │
│чие лопатки   │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│штампованные) │                 │     │         │         │         │       │         │           │392 МПа │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТЭ-150,      │ТУ 108.020.01.060│20   │>= 882   │>= 1170  │>= 10,0  │>= 10,0│>= 0,25  │3400 - 3850│-       │
│ЭП957ВД (рабо-│                 │800  │>= 784   │>= 833   │>= 5,0   │-      │-        │-          │100 ч,  │
│чие лопатки   │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│штампованные) │                 │     │         │         │         │       │         │           │320 МПа │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-100,       │ТУ 108.01.059    │20   │450 - 630│>= 850   │-        │-      │>= 0,6   │>= 2230    │-       │
│ГТ-150,       │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│ЭИ607ВД (рабо-│                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│чие лопатки   │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│штампованные) │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТЭ-115,      │ТУ 14-1-2970     │20   │>= 685   │>= 1130  │>= 20    │>= 20  │>= 0,49  │-          │-       │
│ЭК78 (рабочие │                 │750  │>= 588   │>= 880   │>= 15    │>= 20  │-        │-          │-       │
│лопатки штам- │                 │780  │-        │-        │-        │-      │-        │-          │100 ч,  │
│пованные)     │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│              │                 │     │         │         │         │       │         │           │441 МПа │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТЭ-110,      │ТУ 1-809-1040-97 │600  │-        │>= 882   │>= 4,0   │>= 5,0 │-        │-          │-       │
│ЧС88У-ВИ (ра- │                 │900  │-        │>= 637   │>= 8,0   │>= 10,0│-        │-          │100 ч,  │
│бочие лопатки │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│литые)        │                 │     │         │         │         │       │         │           │274 МПа │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТЭ-150,      │ТУ 03-740        │20   │>= 800   │>= 900   │>= 2,5   │-      │>= 0,15  │-          │-       │
│ЖС6К (рабочие │                 │800  │-        │-        │-        │-      │-        │-          │100 ч,  │
│лопатки литые)│                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│              │                 │     │         │         │         │       │         │           │450 МПа │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-35,        │ТУ 108.02.118    │20   │>= 2156  │>= 549   │>= 35    │>= 45  │>= 0,8   │1430 - 1730│-       │
│ЭИ680 (направ-│                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│ляющие лопатки│                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
│штампованные) │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТ-100,       │ТУ 108.02.104    │20   │>= 784   │>= 882   │>= 2,5   │-      │-        │-          │100 ч,  │
│ЖС6К (направ- │                 │800  │-        │-        │-        │-      │-        │-          │сигма = │
│ляющие лопатки│                 │     │         │         │         │       │         │           │490 МПа │
│литые)        │                 │     │         │         │         │       │         │           │        │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТЭ-45,       │ТУ 108.02.066    │20   │-        │>= 728   │>= 3,0   │-      │-        │-          │-       │
│ЭП539ЛМУ      │                 │850  │-        │-        │-        │-      │-        │-          │100 ч,  │
│(направляющие │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│лопатки литые)│                 │     │         │         │         │       │         │           │284 МПа │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТЭ-150,      │ТУ 108.01.057    │20   │>= 784   │>= 882   │>= 3,0   │-      │>= 0,15  │-          │-       │
│ЦНК-7РС       │                 │800  │-        │-        │-        │-      │-        │-          │100 ч,  │
│(направляющие │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│лопатки литые)│                 │     │         │         │         │       │         │           │441 МПа │
│              │                 │850  │>= 686   │>= 735   │>= 3,0   │-      │-        │-          │-       │
├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤
│ГТЭ-110,      │ТУ 1-809-1040-97 │800  │>= 441   │>= 588   │>= 5,0   │-      │-        │-          │-       │
│ЧС104ВИ       │                 │900  │-        │-        │-        │-      │-        │-          │100 ч,  │
│(направляющие │                 │     │         │         │         │       │         │           │сигма = │
│лопатки литые)│                 │     │         │         │         │       │         │           │167 МПа │
└──────────────┴─────────────────┴─────┴─────────┴─────────┴─────────┴───────┴─────────┴───────────┴────────┘

Наличие любого из этих признаков и тем более их совокупность ограничивают ресурс основного металла или делают лопатку непригодной к дальнейшей эксплуатации.

5.4.5. Для металла литых диффузионно-хромированных направляющих лопаток из сплава ЖС6К первых ступеней ТВД и ТНД в ГТ-100 АО ЛМЗ жаропрочные свойства при температуре 750 °С не являются лимитирующими ресурс факторами. По этим условиям лопатки со сравнительно низкими рабочими напряжениями могли бы работать значительно дольше, чем это отмечается в практике их эксплуатации.

    Ограничивает  общий ресурс этих лопаток длительностью  10 - 20
тыс. ч  при температурах  750 и 700 °С исчерпание защитных свойств
хромированного    слоя    с   образованием    коррозионных  язв  и
термоусталостных  трещин  на 25% лопаток,  а  также происходящее в
основном  металле  резкое  снижение  кратковременных  пластических
свойств   (дельта   <= 1%)   и  сближение  величин   характеристик
                 кр
прочностных     свойств    (сигма  / сигма    ~= 1).    Происходит
                                 в        0,2
охрупчивание сплава в результате образования двойного карбида  М С
                                                                6
игольчатой  формы,  что  приводит  к  уменьшению  сопротивляемости
циклическим нагрузкам. Этому способствуют концентраторы напряжений
на выходной кромке в виде коррозионных язв глубиной 0,5 - 1,0 мм и
возрастающая шероховатость поверхности металла, являющиеся очагами
зарождения  трещин  в  местах  повышенных  термических  напряжений
(галтель  и  прилегающие зоны выходной кромки  у верхней массивной
полки).

5.4.6. Для лопаток из сплавов ЭИ893 и ЖС6К (в том числе с защитными покрытиями) разработаны режимы восстановления покрытий и основного металла.

5.4.7. Для металла лопаток 3-й ступени ГТ-35, изготовленных из аустенитной стали ЭИ612, при рабочей температуре 540 °С в полупиковом и базовом режимах эксплуатации в качестве критерия надежности рекомендована твердость по Бринеллю не выше 2550 МПа.

5.4.8. Для основного металла лопаток из хромистой стали ЭИ802 (15Х12ВНМФ) 4-й ступени ГТ-35 с рабочей температурой 450 °С в полупиковом и базовом режимах рекомендованы следующие критерии эксплуатационной надежности:

- предел текучести при температуре 20 °С не выше 830 МПа;

- твердость НВ не выше 2860 МПа.

5.4.9. Критериями эксплуатационной надежности хромированного слоя в направляющих лопатках из сплава ЖСК6 в ГТ-100 после эксплуатации являются:

- отсутствие трещин, коррозионных язв и сколов;

- фактическая толщина оставшегося слоя не менее 40 мкм (в исходном состоянии толщина его 100 - 120 мкм); содержание хрома не менее 35% (а в исходном состоянии его содержание составляет 65 - 70%);

- значение микротвердости не ниже, чем у основного металла.

    5.4.10.   Критериями   эксплуатационной   надежности  защитных
покрытий      (металлических    Co-Cr-Al-Y,    металлокерамических
Co-Cr-Al-Y/ZrO  + Y O ), наносимых  электронно-лучевым  способом в
              2    2 3
вакууме, и вакуумно-плазменных после эксплуатации являются:
    - отсутствие в защитном слое трещин, микротрещин, коррозионных
язв и сколов;
    -  фактическая  толщина  оставшегося  слоя  не  менее  50 мкм;
    -  значение  микротвердости  не ниже, чем у основного металла;
    - толщина  слоя  оксидов  между  керамическим слоем покрытия и
металлическим слоем не более 5 мкм;
    - отсутствие слоя оксидов между защитным покрытием  и основным
металлом.