Jak wykorzystać płyty tytanowe w energetyce?

W ostatnich latach w energetyce, w połączeniu z doskonałą wytrzymałością właściwą, odpornością na korozję i dobrą wytrzymałością zmęczeniową płyt tytanowych, płyty tytanowe cieszą się dużym zainteresowaniem w scenariuszach zastosowań, takich jak łopatki turbin parowych i pierścienie generatorów. Przeanalizujmy zatem, w jaki sposób płyty tytanowe są konkretnie wykorzystywane w energetyce?
Ponieważ płyty tytanowe mają wysoką wytrzymałość właściwą, dobrą wytrzymałość zmęczeniową i odporność na korozję, nadają się również na łopatki turbin parowych, głównie na późniejszych etapach sekcji niskociśnieniowej. Zazwyczaj łopatki turbin parowych są wykonane z martenzytycznej stali nierdzewnej chromowanej. Stal ma duży ciężar właściwy. W przypadku szybko obracających się turbin parowych stalowe łopatki muszą wytrzymywać ogromną siłę odśrodkową.

Ponadto para wodna często zawiera siarczek w fazie chlorkowej, który jest spowodowany wyciekiem ze skraplacza i innymi przyczynami. Media te powodują korozję wżerową na powierzchni łopaty oraz korozję szczelinową pomiędzy stopą łopaty a końcówką łopaty lub na cięgłach, a skorodowane części staną się źródłem pęknięć. Właściwości zmęczeniowe stali Crl3 również nie są idealne. W środowisku korozyjnym z nasyconym roztworem chlorku sodu, zwłaszcza gdy wartość pH jest niska i tlen jest rozpuszczony, wytrzymałość zmęczeniowa stali Crl3 znacznie się zmniejsza.

Jeśli ostrza tytanowe zostaną bezpośrednio zastąpione ostrzami stalowymi zgodnie z pierwotną geometrią, sytuacja ulegnie znacznej poprawie. Tytanowe ostrza są lekkie, a siłę odśrodkową działającą na nasadę ostrza można zmniejszyć o 40% przy tej samej prędkości obrotowej. Ponadto odporność na korozję ostrzy tytanowych na słoną parę jest znacznie lepsza niż stali, a właściwości zmęczeniowe złota chingan są również wyższe niż stali nierdzewnej.

W powietrzu wytrzymałość zmęczeniowa stopu Ti-6A1-4Y jest o około 30% wyższa niż stali Cr13, natomiast wytrzymałość zmęczeniowa stali Crl3 w ciekłym chlorku sodu jest zmniejszona o 2/{ {6}}/5. Dla porównania, właściwości zmęczeniowe stopów tytanu nie ulegają zmianie. Dlatego też uwzględnienie wytrzymałości zmęczeniowej w warunkach korozyjnych jest ważnym czynnikiem przy zastępowaniu stali tytanem.

Producenci płyt tytanowych wskazują, że płyty ze stopów tytanu mogą być również stosowane jako pierścienie ustalające generatora. W całym układzie turbinowo-generatorowym ważnym elementem jest pierścień ustalający. Wymagania dotyczące pierścienia ustalającego dla dużych generatorów to wysoka wytrzymałość, dobra odporność na pękanie, niewrażliwość na pękanie korozyjne naprężeniowe w mediach wodnych i niemagnetyczność. Obecny pierścień ustalający wykonany jest z austenitycznego stopu Fe-Mn-Cr. Stop ten ma silną tendencję do pękania korozyjnego naprężeniowego, występują także problemy z osiągnięciem wysokiej niezawodności wytrzymałościowej.