Etude expérimentale et théorique de l'érosion des ailettes des turbines à vapeur
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
When it passes through the last stages of the low pressure steam turbines, the steam contains a significant proportion of water in the form of droplets formed by the condensation. They are collected by the fixed parts and form at their exit some water jets which are pulled by the flow of the steam. They come to strike the leading edge of the blades ; the repeated shockscause their damage. The industrial objective of ALSTOM Power is double : 1. Definition of a better criterion of erosion (power of impact), 2. Material validation of protection of blades (titanium ß). For that purpose, at the same time an experimental and theoritical study were carried out : 1. From an experimental point of view, three series of tests were carried out using the erosion test facility of the Centre de Recherche des Turbines à Vapeur : afirst trial run was carried out in order to check the presence of a limit of endurance, the second trial run as an aim to determine the intrinsic parameters, making it possible to account for the evolution of erosion, a trial run of short duration made it possible to analyse the phase of initiation. 2. From a theoretical point of view, several laws of behaviour have been established in order to model the evolution of erosion during various stages. Among the models available, we adapted the model of Ruml (Skoda) to our conditions of test and compared it with our experimental results. It will have to be optimised in order to be able to predict developped erosion following of the conditions of damage closer to those implemented in the steam turbines. The influence of various parameters on the process of degradation (natural eroded material, surface quality, thickness of water jet, rotating speed) was taken into account to establish of the laws of behaviour.
Abstract FR:
"Lorsqu'elle traverse les derniers étages des "corps basse pression" des turbines à vapeur, la vapeur contient une proportion sensible d'eau sous forme de gouttelettes formée par la détente. Elles sont collectées par les parties fixes et forment à leur sortie des lames d'eau qui sont entraînées par l'écoulement de la vapeur. Elles viennent percuter le bord d'attaque des ailettes ; le choc répété provoque leur endommagement. L'objectif industriel d'ALSTOM Power est double : 1. Définition d'un meilleur critère d'érosion (puissance d'impact), 2. Validation de matériaux de protection d'ailettes (titane ß). Pour y parvenir, une étude à la fois expériementale et théorique a été réalisée : 1. D'un point de vue expérimental, trois séries d'essais ont été effectuées sur le banc d'érosion du Centre de Recherche des Turbines à Vapeur : une première campagne d'essais a été réalisée afin de vérifier la présence d'une limite d'endurance ; une seconde campagne d'essais a eu pour objet de déterminer les paramètres intrinsèques, permettant de rendre compte de l'évolution de l'érosion ; une campagne d'essais de courte durée a permis d'analyser la phase d'initiation. Les méthodes d'investigations utilisées sont : métallographie, microscopie, diffractométrie à rayons X, topographie et imagerie 3D. 2. D'un point de vue théorique, plusieurs lois de comportement ont été établies afin de modéliser l'évolution de l'érosion au cours des différents stades. Parmi les modèles disponibles, nous avons adapté le modèle de Ruml (Skoda) à nos conditions d'essais et l'avons comparé à nos résultats expérimentaux. Il devra être optimisé afin de pouvoir prédire l'érosion développée suivant des conditions d'endommagement plus proches de celles mises en oeuvre dans les turbines à vapeur. L'influence de différents paramètres sur le processus de dégradation (nature du matériau érodé, état de surface, épaisseur de lame d'eau, vitesse de rotation) a été prise en compte pour l'établissement des lois de comportement. "