Влияние примесей, содержащихся в топливе и воздухе, на сульфидную коррозию лопаток турбины газотурбинных двигателей

В процессе совершенствования газотурбинных двигателей (ГТД), повышения ресурса и коэффициента полезного действия (КПД) происходит постоянный рост температуры и давления рабочего тела. Элементы турбиныподвергаются высоким термомеханическим нагрузкам и непрерывному воздействию со стороны агрессивной среды. Эти воздействия особенно существенны для рабочих лопаток первых ступеней турбины ГТД, находящихся в области наиболее высоких температур. Один из самых серьезных видов повреждений в данном случае – коррозионное воздействие на рабочую лопатку со стороны газовых продуктов сгорания, поступающих в проточную часть турбины. Применяемое на воздушном судне (ВС) топливо ТС-1 содержит в своем составе сернистые соединения –элементарную серу и меркаптаны, что в процессе сгорания совместно с находящимися в воздухе натрием и калием приводит к агрессивному воздействию на материал рабочей лопатки турбины ГТД. Для обеспечения длительной работы лопаток турбины ГТД при температуре газа на входе в турбину до 800…850 ℃ содержание данных продуктов как в топливе, так и в воздухе, согласно нормативно технической документации, ограничивают. Однако исключить их полностью пока нет возможности. Присутствие соединений серы на лопатках турбины ГТД вызывает протекание сульфидной коррозии. Поэтому в статье рассматривается влияние примесей в топливе и воздухе на процесс протекания сульфидной коррозии материала лопаток турбины ГТД. Представлен механизм растворения серы в оксидах металла или защитного покрытия, а также диффузия оксида серы с поверхности покрытия в его глубь. Установлена причина влияния содержащегося в воздухе хлористого натрия на коррозию никелевого сплава или применяемого на нем защитного покрытия. Приводится влияние находящегося в топливе ванадия на скорость коррозии. С целью увеличения работоспособности рабочих лопаток турбины ГТД при воздействии такой агрессивной среды предлагается применение нового покрытия, формируемого из водной суспензии и позволяющего ввести в состав покрытия хром, что обеспечивает более высокую долговечность такого покрытия в сравнении с серийными алюминидными покрытиями. Введение хрома обеспечивается за счет экзотермической реакции, протекающей в процессе формирования покрытия при термической обработке.

1. Абраимов Н.В., Елисеев Ю.С. Химико-термическая обработка жаростойких сталей и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 622 с.

2. Мубояджян С.А., Лесников В.П., Кузнецов В.П. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГТД. Екатеринбург: Квист, 2008. 208 с.

3. Никитин В.И. Коррозия и защита лопаток газовых турбин. Л.: Машиностроение, 1987. 272 с.

4. Гишваров А.С. Повреждаемость материалов энергетических установок в условиях коррозионно-активной среды. М.: Машиностроение, 2014. 297 с.

5. Коломыцев П.Т. Защитные покрытия для никелевых сплавов. М.: Металлургия, 1991. 154 с.

6. Давыдов М.Н., Гишваров А.С., Рахимов А.Х. Моделирование долговечности лопаток турбин в условиях коррозионноактивной среды // Вестник УГАТУ. 2016. Т. 20, № 1 (71). С. 71–80.

7. Качанов Е.Б., Тамарин Ю.А. Покрытия для защиты лопаток турбин от сульфидной коррозии // Технология легких сплавов. 2005. № 1-4. С. 171–180.

8. Карпинос Б.С., Барило В.Г., Самулеев В.В. Разрушение элементов горячего тракта авиационных газовых турбин // Вестник двигателестроения. 2004. № 1. C. 4–10.

9. Ющенко К.А., Савченко В.С. Высокотемпературная газовая коррозия лопаток турбин из никелевых сплавов в процессе эксплуатации // Автоматическая сварка. 2005. № 5. C. 25–34.

10. Mahobia G.S. Effect of hot corrosion on low cycle fatigue behavior of superalloy IN718 / G.S. Mahobia, N. Paulose, S.L. Mannan, R.G. Sudhakar, K. Chattopadhyay, N.C. Santhi Srinivas, V. Singh // International Journal of Fatigue. 2014. Vol. 59. Pp. 272–281. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2013.08.009

11. Yang X., Li S., Qi H. Effect of hightemperature hot corrosion on the low cycle fatigue behavior of a directionally solidified nickel-base superalloy // International Journal of Fatigue. 2015. Vol. 70. Pp. 106–113. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2014.08.011

12. Зрелов В.Н., Пискунов В.А. Реактивные двигатели и топливо. М.: Машиностроение, 1986. 293 с.

13. Химич В.Л., Кузнецов Ю.П. О механизме солеотложения в проточной части газотурбинного двигателя, работающего в условиях морской среды // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. С. 99.

14. Грядунов К.И. Химмотология авиационных горюче-смазочных материалов: тексты лекций. М.: ИД Академии Жуковского, 2021. 184 c.

15. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978. 248 с.

16. Wagner C. Beitrag zur theorie des anlaufvorgangs // Zeitschrift für Physikalische Chemie. 1933. Vol. 21B, no. 1. Pp. 25–41. DOI: 10.1515/zpch-1933-2105

17. Chaug R., Stewart W., Wagner C. Diffusion of sulfur 35 NiO and CoO // Proceedings of the International Symposium on Reactivity of Solids. Bristol, 17–21 July 1972. Chapman and Hall, Ltd., 1972. p. 231.

18. Гильдер X., Мербиола Р. Сульфидная коррозия сплавов на основе никеля и кобальта // Жаропрочные сплавы для газовых турбин: материалы международной конференции / Под ред. Д. Котсорадиса, П. Феликса, Х. Фишмайстера и др. М.: Металлургия, 1981. С. 59–79.

19. Иванов Е.Г. Новое жаростойкое покрытие / Е.Г. Иванов, А.В. Зоричев, В.М. Самойленко, Г.Т. Пащенко // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. 2008. № 3. С. 22–24.

20. Иванов Е.Г. Применение покрытий из водной суспензии для защиты деталей ГТД от коррозии / Е.Г. Иванов, В.М. Самойленко, Р.Г. Равилов, М.А. Петрова // Научный Вестник МГТУ ГА. 2015. № 217. С. 46–50.