Металл Века

Не секрет, что конструкторские разработки в некоторых случаях вынужденно приостанавливаются, так как еще не найдены, не созданы материалы, которые обеспечивали бы конструкции нужные свойства и параметры. К числу таких разработок некоторое время относилось и создание мощных паровых турбин.

Казалось бы, мощность турбины можно увеличить беспредельно: сделай турбину покрупнее —вот и повысится мощность. Но чем больше вращающиеся детали, тем с большей скоростью движется огромная масса металла и тем сильнее центробежные силы растягивают ее и в конце концов разрушают. Рабочие лопатки паровых турбин длиной около метра и более сделать из нержавеющей стали вообще невозможно, так как запаса прочности стали недостаточно, чтобы выдержать те огромные напряжения, которые развиваются во вращающейся с бешеной скоростью конструкции. Кстати, скорость, с которой движутся концы лопаток, приближается к скорости звука!

Вот здесь-то и оказывается незаменимым промышленный металл с самой высокой удельной прочностью! Преимущества титана особенно важны во вращающихся деталях, и поэтому в авиастроении титан применяется сравнительно давно. Ротор компрессора реактивного двигателя, изготовленный из особопрочной специальной стали, не выдерживает скорости вращения в 17 тысяч оборотов в минуту, а точно такой же титановый ротор разрушается только при 25 тысячах оборотов.

Благодаря титану, по-видимому, удастся создать паровые турбины мощностью в 1500 и даже более мегаватт. Одна такая турбина заменит несколько Днепрогэсов.

Базовой моделью отечественной теплоэнергетики сейчас служит турбина мощностью 300 тысяч киловатт. В Донбассе уже работает агрегат в 800 тысяч киловатт. В ближайшие годы такие турбины придут на смену ”300-тысячнику”. А в Ленинграде, на знаменитой выборгской стороне, создан гигант, равного которому не знает мировая практика энергомашиностроения: паровая турбина мощностью 1 миллион 200 тысяч киловатт. В часы "пик" она развивает колоссальную мощность — в 1 миллион 400 тысяч киловатт. Уникальная турбина изготовлена в объединении "Ленинградский металлический завод". При ее производстве использованы новейшие титановые сплавы высокой прочности. Турбина уже работает: в январе 1981 года на Костромской ГРЭС досрочно введен в действие крупнейший в мире среди тепловых электростанций энергетический блок с одновальным турбоагрегатом. На этом уникальном агрегате опробованы новые конструкторские, технологические и эксплуатационные разработки. Он станет основой для выпуска еще более мощной турбины, которая и будет служить базовой моделью на ближайшие десятилетия. Начинается новый этап в мировом энергомашиностроении, который без титана не был бы возможен вообще.

Титан незаменим при изготовлении парогенераторов не только благодаря своей высокой удельной прочности, но и вследствие присущей ему стойкости против коррозии. В цилиндры низкого давления турбинных агрегатов постоянно нагнетается пар, который и приводит лопатки в стремительное движение. Эта горячая влага вызывает коррозионное и эрозионное разрушение подавляющего большинства металлов и сплавов. Титан же по стойкости против воздействия влажного пара превосходит все нержавеющие стали.

Прежде чем приняли решение о проектировании и изготовлении сверхмощной турбины, были испытаны лопатки из титановых сплавов в агрегатах мощностью 300 тысяч киловатт. Паровые турбины с титановыми лопатками успешно используются на Лукомской и Конаковской ГРЭС, лопатки не подвергаются коррозии и эрозии. По расчетам Центрального котлотурбинного института имени Ползунова, применение титановых сплавов в таких агрегатах увеличивает коэффициент их полезного действия и дает экономию по каждой турбине 150 тысяч рублей в год.

Наряду с титановыми лопатками в паровых турбинах успешно используют титановую проволоку. На последней ступени ротора турбины К-300-240, работающей на Приднепровской ГРЭС, эксплуатируют титановые бандажи, что повышает вибрационную стойкость вращающейся детали.

В энергомашиностроении по достоинству оценены и высокая стабильность свойств нового промышленного металла при воздействии рабочих напряжений, и высокая его усталостная прочность. Ведь турбина должна служить без замены 10 лет и более, и все эти годы ротор и лопатки будут стремительно вращаться,

В дальнейшем титановые сплавы могут найти применение для изготовления конденсаторов паровых турбин, что позволит уменьшить габариты и увеличить срок эксплуатации без капитальных ремонтов до 20 лет. Благодаря способности титана сохранять свои свойства в напряженном состоянии его применяют при изготовлении компрессоров. Изготовление рабочих колес аммиачных турбокомпрессоров из сплавов на основе титана позволило в два раза уменьшить число ступеней сжатия и перейти на одноагрегатную конструкцию, что значительно снизило количество требующегося на изготовление машин металла, вдвое уменьшило площадь зданий холодильных станций.