ОЦЕНКА ПОВРЕЖДЕННОСТИ РОТОРОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ОТ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ДИАГНОСТИКИ

Главная >> Машиностроение - авторефераты диссертаций. Cпециальность 05.00.00

На правах рукописи

Прудников Андрей Алексеевич

ОЦЕНКА ПОВРЕЖДЕННОСТИ РОТОРОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

ПАРОВЫХ ТУРБИН ОТ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ ДЛЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ДИАГНОСТИКИ

Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2012 2

Работа выполнена на кафедре паровых и газовых турбин Национального исследовательского университета «МЭИ»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Лебедева Александра Ивановна

Официальные оппоненты:

Куменко Александр Иванович, доктор технических наук, доцент, ОАО "Всероссийский теплотехнический институт", главный научный сотрудник Кунавин Сергей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, ОАО НПО «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения», главный научный сотрудник

Ведущая организация: ОАО «НПО Центральный котлотурбинный институт»

Защита состоится «_25 »_мая 2012г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.09 при Национальном исследовательском университете «МЭИ» по адресу: 111250, г.Москва, Красноказарменная ул., д.17, кор. «Б» в аудитории Б-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан «24» апреля 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент А.И.Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эксплуатационные режимы турбины, такие как пуски из различного состояния, сбросы нагрузки, остановы, т.е. переменные режимы работы вызывают в материале ротора переменные температурные напряжения. При этом в материале ротора накапливается поврежденность от малоцикловой усталости. Многоцикловая усталость появляется при кратковременных нерасчетных режимах работы турбины, сопровождающихся повышенной вибрацией ротора. Известны случаи появления трещин в роторах высокого давления (РВД) в зоне концентратора напряжений обусловленные сочетанием высоких растягивающих температурных напряжений и переменных механических напряжений от вибрационной нагрузки.

Наибольшую опасность представляют зоны, в которых возможно сочетание многих факторов, влияющих на надежность и выработку ресурса.

Такими зонами являются области паровпуска в средней части РВД. Здесь в области концентраторов напряжений может происходить накопление повреждений и от ползучести, и от малоцикловой усталости, и от многоцикловой усталости. Поэтому задача, связанная с разработкой методик оценки надежности роторов с учетом всех перечисленных факторов остается актуальной. Методы расчета поврежденности материала роторов от малоцикловой усталости и ползучести хорошо известны и используются для оценки надежности высокотемпературных роторов. К настоящему времени нет метода оценки поврежденности роторов высокого давления от многоцикловой усталости.

Значительная часть крупных паровых турбин имеет время наработки близкое к ресурсу. Поэтому актуальной задачей является уточнение ресурса РВД за счет учета дополнительной поврежденности от многоцикловой усталости. Кроме того, расчетные оценки выработки ресурса и остаточной долговечности роторов часто проводятся на основании режимов эксплуатации, рекомендуемых инструкциями. Такие оценки проводятся при проектировании и рекомендуются руководящими техническими материалами, как правило, гарантируют высокую надежность с высокими коэффициентами запаса на весь срок эксплуатации машины. Однако, реальные режимы эксплуатации зачастую существенно отличаются от рекомендуемых и являются фактически индивидуальными не только для каждой станции, но и для каждого турбоагрегата. Это делает актуальным использовать на основе данных мониторинга работы турбины методику оценки поврежденности материала РВД с учетом всех повреждающих факторов, в том числе и дополнительной поврежденности от многоцикловой усталости.

Актуальным является разработка программы расчета поврежденности от многоцикловой усталости материала РВД, которая может быть использована как часть системы диагностики, позволяющей оценить общую поврежденность РВД и его остаточный ресурс.

Объект исследования- роторы высокого давления паровых турбин.

Цель работы:

- На основе имеющихся данных о процессах, протекающих в металле средней части РВД при эксплуатации разработка метода расчета поврежденности от многоцикловой усталости для использования в системе диагностики - Разработка методики оценки величины статической составляющей цикла при многоцикловой усталости высокотемпературных роторов, позволяющей учитывать комплекс геометрических и режимных - Получение зависимостей сопротивления усталости роторных сталей от температуры, масштабного фактора, концентрации напряжений и асимметрии цикла, отвечающих условиям эксплуатации РВД мощных паровых турбин и получение зависимостей для оценки параметров усталостной кривой, отвечающей долговечности до зарождения трещины, для материала РВД с учетом эксплуатационных факторов.

- На основе разработанных зависимостей оценить поврежденность материала РВД турбины К-800-23,5-5 в зависимости от условий эксплуатации и геометрии концентратора напряжений.

- Оценить поврежденность материала РВД турбины К-300-23,5 от многоцикловой усталости при участии турбины в регулировании частоты и мощности энергосистемы.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается использованием в методике расчета проверенных практикой математических зависимостей и алгоритмов, которые апробированы на отдельных задачах, отвечающих расчету напряжений, действующих на поверхности ротора в зоне концентратора напряжений и расчету сопротивления многоцикловой усталости; подтверждением полученных результатов данными эксплуатации РВД крупных паровых турбин Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1.На основе имеющихся данных о процессах, протекающих в металле средней части РВД при эксплуатации разработан метод расчета поврежденности от многоцикловой усталости 2.Выявлены зависимости сопротивления усталости роторных сталей от температуры, масштабного фактора, концентрации напряжений и асимметрии цикла, отвечающие условиям эксплуатации РВД мощных паровых турбин и приведена оценка параметров усталостной кривой, отвечающей долговечности до зарождения трещины, для материала РВД с учетом эксплуатационных факторов.

3.С помощью расчетно-теоретических исследований выявлены условия возникновения поврежденности от многоцикловой усталости в материале РВД крупных паровых турбин Практическая ценность и использование результатов работы Полученные в работе результаты имеют важное практическое значение. С помощью разработанного метода можно рассчитать высокотемпературных роторов крупных паровых турбин в зависимости от геометрии концентратора напряжений и режимов эксплуатации.

Программа, написанная по данной методике, позволяет использовать ее как часть системы диагностики при оценке общей поврежденности, накопленной в материале ротора, и остаточного ресурса ротора.

На основе разработанного метода расчета проведена оценка поврежденности от многоцикловой усталости материала РВД турбины Кв зависимости от условий эксплуатации и геометрии концентратора напряжений. Для зоны задней галтели диафрагменного уплотнения первой ступени РВД получены значения предельных амплитуд напряжений в зависимости от геометрических характеристик рассматриваемого участка РВД и режима изменения параметров пара, позволяющие выявить уровень амплитуды напряжения, выше которой необходимо учитывать поврежднность от многоцикловой усталости Для РВД турбины К-300-23,5 при участии турбины в регулировании частоты и мощности энергосистемы получено, что изменение температуры пара на поверхности ротора на величину равную или меньшую 20 0С в режиме АВРЧМ практически не вносит поврежденность от многоцикловой усталости в металл РВД.

Личный вклад автора заключается в:

- выполнении обзора и анализа литературных данных и обосновании метода решения поставленной задачи;

разработке методологии и алгоритма расчта поврежднности от многоцикловой усталости РВД в зоне концентратора напряжений - создании программы расчета поврежденности роторов высокого давления паровых турбин от многоцикловой усталости;

- проведении численного эксперимента по оценке поврежденности роторов высокого давления паровых турбин К-800-240-5 и К-300-240 от многоцикловой усталости Результаты работы докладывались:

- на 15-17 международных научно –технических конференциях студентов и аспирантов « Радиотехника, электротехника и энергетика», МЭИ, Москва, февраль 2009-11 г.г.

- на семинаре сектора прочности кафедры Паровых и газовых турбин НИУМЭИ, 03 апреля 2012 г.

- на заседании кафедры Паровых и газовых турбин НИУМЭИ, апреля 2012 г.

Публикации. По теме диссертации было опубликовано 2 научные статьи в рецензируемых журналах и 3 доклада на международных научнотехнических конференциях.

Автор защищает разработанный метод оценки поврежденности материала роторов высокого давления от многоцикловой усталости;

результаты расчетно-теоретических исследований, их обобщение и рекомендации по снижению поврежденности материала РВД от многоцикловой усталости Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, перечня использованной литературы, который включает в себя 81 наименование. Работа изложена на 131 странице машинописного текста, иллюстрируется 41 рисунками, и содержит таблиц.

ОСНОВНОЕ СОЖЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, актуальность и научная новизна.

В первой главе представлен обобщенный анализ как дефектов, явившихся причиной отказов турбин, так и дефектов, выявленных в процессе плановых ремонтов и не вызвавших отказов. В качестве источников информации при анализе и обобщении данных использованы акты расследования технологических нарушений в работе электростанций, отчетные документы по выполнению капитальных ремонтов паротурбинных установок; проанализированы причины отказов более чем 800 турбин мощностью 100-800 МВт разных типов и разных заводов-изготовителей за 10-летний период эксплуатации.

Отмечено, что отказы паровых турбин из-за появления трещин в роторах или разрушение роторов малочисленны, но имеют самые серьезные последствия для турбины и станции в целом.

Поврежднность высокотемпературных роторов паровых турбин от малоцикловой усталости исследована в работах Трухния А.Д., Коржа Д.Д., Резинских В.Ф., Авруцкого Г.Д. Результаты оценки поврежднности высокотемпературных роторов паровых турбин от ползучести приведены в работах ЦКТИ. Анализ причин появления трещин в РВД крупных паровых турбин в зоне паровпуска из-за совместного действия температурных растягивающих напряжений и переменных механических (вибрационных) напряжений приведен в работах Куменко А.И., Коржа Д.Д., Резинских В.Ф, Авруцкого Г.Д.

Показано, что, например, режимы принудительного расхолаживания турбины с повышенными скоростями снижения температуры пара вызывают на поверхности ротора высокие растягивающие напряжения, которые в сочетании с переменными напряжениями от вибрационной нагрузки могут вызвать накопление поврежденности от многоцикловой усталости при асимметричном цикле нагружения. В связи с фактами появления трещин в роторе высокого давления по механизму многоцикловой усталости и наличием условий многоциклового усталостного нагружения в средней части РВД крупных паровых турбин можно сделать вывод о том, что наряду с учетом поврежденности от ползучести и малоцикловой усталости, необходимо проводить оценку ресурса роторов высокого давления с учетом поврежденности и от многоцикловой усталости.

В связи с этим разработка метода оценки поврежденности РВД от многоцикловой усталости является достаточно актуальной.

Кроме того, условия работы металла РВД при участии энергоблока в регулировании частоты и мощности предполагают наличие неограниченного числа циклов переменных температурных напряжений с малыми амплитудами при асимметричном цикле нагружения. Поэтому и в этом случае актуальной является задача оценки поврежденности материала РВД от многоцикловой усталости.

В настоящее время нет метода оценки поврежденности металла в наиболее опасной зоне РВД от многоцикловой усталости. Причем этот метод должен позволять в зависимости от геометрии рассматриваемой зоны РВД и скорости снижения температуры пара при принудительном расхолаживании оценить поврежденность при имеющейся вибрационной нагрузке;

скорректировать допустимое число таких режимов расхолаживания при дальнейшей эксплуатации. Это даст возможность использовать разработанный метод расчета как составную часть системы диагностики поврежденности материала РВД.

В заключительной части первой главы сформулированы цели и задачи настоящего исследования.

Вторая глава посвящена разработке метода оценки накопления поврежденности от многоцикловой усталости в металле РВД.

Анализ и обобщение данных по напряжениям, возникающим на поверхности РВД позволяют схематизировать процесс нагружения. На основании данных по снижению температуры пара у поверхности ротора можно построить изменение во времени температурных напряжений (рис.1).

Рисунок 1 Изменение температуры пара в камере регулирующей ступени tрс(1), мощности турбины Рэ(2) и интенсивности максимальных температурных напряжений в зоне концентратора напряжений it (3). а - при разгрузке на ночь; б - при останове в резерв.

К температурным напряжениям на поверхности ротора, вызванным сменой режима работы турбины, добавляются окружные напряжения на поверхности ротора, вызванные центробежными силами при вращении ротора и постоянный фон остаточных температурных напряжений в концентраторе напряжений. На эти напряжения накладываются переменные механические напряжения от динамического воздействия вследствие вибрации (рис.2).

Рисунок 2. Программа циклического нагружения материала на поверхности РВД во времени при переходных режимах со снижением температуры пара у поверхности ротора.

Здесь а – амплитуда переменных вибрационных напряжений; m – среднее напряжение цикла; t – температурные напряжения; - напряжение, обусловленное вращением ротора; осев- осевое напряжение, it – интенсивность переменных растягивающих температурных напряжений, вызванных снижением температуры пара у поверхности ротора, окружные напряжения на поверхности ротора вызванные центробежными силами при вращении ротора.

В процессе эксплуатации происходит изменение среднего напряжения ассиметричного цикла усталостного нагружения и амплитуды переменных вибрационных напряжений во времени. Можно представить сложный процесс нерегулярного нагружения в виде отдельных ступенек (рис. 2), на которых в запас надежности величина m постоянна при неизменной амплитуде напряжений а.

Строго говоря, накопление поврежденности в материале от многоцикловой усталости является нелинейным процессом, но при большом числе ступенек изменения нагруженности материала при нерегулярном нагружении линейное суммирование повреждений дает хорошие результаты.

Суммирование поврежденности металла от многоцикловой усталости проводится по гипотезе линейного суммирования повреждений:

где ni- число циклов нагружения на i-ой ступеньке нагружения с некоторой амплитудой напряжений аi при постоянном значении напряжений mi. NFi - число циклов до зарождения трещины по усталостной кривой (линии Френча) при неизменных значениях аi и mi за весь процесс нагружения, отвечающее пятидесятипроцентной вероятности зарождения усталостной трещины.

Величина суммарной поврежденности от многоцикловой усталости должна быть не более 0,1-0,2, поскольку она является дополнительной к поврежденности от малоцикловой усталости и ползучести.

Для различных условий эксплуатации величина асимметрии нагружения при многоцикловой усталости материала на поверхности РВД определяется в основном величиной температурных напряжений, которая зависит от скорости изменения температуры пара на поверхности ротора и разности температур пара на поверхности ротора и начальной температуры металла ротора. Причм температурные напряжения, вызванные снижением температуры пара на поверхности ротора, прибавляются к уже существующим на данный момент температурным напряжениям в рассматриваемой зоне ротора и напряжениям от вращения ротора. Чтобы выделить ступеньки с неизменным средним напряжением цикла нагружения (рис.2), необходимо построить процесс изменения интенсивности максимальных напряжений в зоне концентратора напряжений на поверхности РВД во времени.

Номинальные температурные напряжения в роторах турбин при известных значениях температуры пара на поверхности ротора, начальной температуры металла ротора и скорости изменения температуры пара определяются по зависимости:

Здесь Е – модуль упругости; t – коэффициент линейного расширения;

– коэффициент Пуассона; Т0 – температура пара около поверхности ротора;

Та – начальная температура ротора; а – критерий Био;0 – критерий Фурье; – коэффициент теплоотдачи на поверхности ротора; – коэффициент теплопроводности материала; r2 – внешний радиус ротора; t0 – время изменения температуры среды; с – массовая тепломкость материала; – плотность материала, S – приведенные номинальные температурные напряжения Предполагается, что температура пара на поверхности ротора меняется линейно за время t0 и достигает наибольшего значения Т0 max, которое далее остается неизменным, а температура Та постоянна по сечению ротора.

Рассматривается канавка в роторе РВД между диафрагменным уплотнением и второй ступенью (рис.3), где в галтели с радиусом появилась трещина.

Рисунок 3. Форма канавки между диафрагменным уплотнением и второй ступенью РВД.

При неравномерном поле номинальных напряжений zн r максимальные температурные осевые z max и окружные max напряжения для одиночной канавки определяются по зависимостям, приведнным ниже.

где:r1 – радиус ротора по дну канавки; r2 – внешний радиус ротора до канавки; KzP – коэффициент концентрации осевых напряжений при растяжении; zн(r1) и zн(r2) – номинальные осевые напряжения zн в данном сечении гладкого вала на поверхности (r= r2) и на глубине h при r= r1, соответственно.

Величина номинальных осевых напряжений ZH(r2) рассчитывается по зависимости (2) при заданных значениях скорости снижения температуры пара на поверхности ротора V и величины снижения температуры пара на поверхности ротора Т.

Зависимости для расчета величин, входящих в (3) приведены ниже.

Здесь h – глубина канавки; 1 и 2 - радиусы галтелей – ширина канавки.

Для определения номинальных температурных осевых напряжений zн(r1) на глубине h при r = r1, был принят закон распределения температур по радиусу ротора в виде:

Номинальные температурные напряжения на поверхности ротора zн(r2) определяются по (2) в зависимости от Т, V, a, 0.

Максимальные окружные напряжения на дне канавки определяются следующей зависимостью:

К максимальным окружным температурным напряжениям добавляются максимальные окружные напряжения от вращения ротора. Номинальные окружные напряжения от вращения ротора н определяются по следующей зависимости:

где: r1 – внешний радиус ротора; r0 – радиус внутренней расточки ротора.

Максимальные напряжения max определяются по зависимости:

Осевые номинальные напряжения в роторе zн, вызванные осевой силой от перепада давлений на дисках Pzд и осевой силой, возникающей в рабочих лопатках Pzл от аэродинамической нагрузки, определяются зависимостями:

Максимальные осевые растягивающие напряжения определяются по следующей зависимости:

Величина асимметрии нагружения при многоцикловой усталости в области концентратора напряжений включает в себя осевые и окружные температурные напряжения, окружные напряжения от вращения ротора и осевые напряжения. В связи с этим рассчитывается интенсивность максимальных напряжений с учетом концентрации напряжений it.

Таким образом, интенсивность максимальных напряжений it max учитывает все виды напряжений, возникающих в канавке ротора.

Для того, чтобы оценить поврежденность материала РВД по зависимости (1) необходимо определить параметры усталостной кривой, позволяющие по величине амплитуды номинальных напряжений найти число циклов до зарождения усталостной трещины. В данном случае необходимо учитывать влиянии повышенной температуры, концентрации напряжений, масштабного фактора и асимметрии нагружения на сопротивление усталости. В настоящее время не существует достаточного количества экспериментальных данных по испытаниям роторных сталей, таких, например, как Р2М и ЭИ-415, на многоцикловую усталость в зависимости от факторов, указанных выше. Поэтому сопротивление усталости ротора может быть оценено лишь на основе анализа и обобщения известных данных для этих и аналогичных сталей.

Уравнение усталостной кривой для мноцикловой усталости при симметричном цикле нагружения гладких лабораторных образцов может быть представлено в виде:

где N – среднее число циклов до разрушения, определяемое по кривой регрессии; а – амплитуда напряжений; -1 – предел выносливости при симметричном цикле нагружения; N0 – точка перегиба усталостной кривой; m – показатель наклона кривой усталости.

Численные значения параметров усталостной кривой в области многоцикловой усталости для стали Р2МА при Т=5000С представлены в таблице 1. Следует отметить, что при температуре 5000С нет выраженного значения предела выносливости и усталостная кривая имеет два наклонных участка с показателями степени m1 и m2. Поэтому рассматривается ограниченный предел выносливости при заданном числе циклов.

Таблица1. – Параметры усталостной кривой для гладких образцов при симметричном цикле нагружения для стали Р2МА при Т=5000С Оценка предела выносливости реальной детали проводится с учетом влияния концентрации напряжений, масштабного фактора, шероховатости поверхности, асимметрии цикла, частоты нагружения.

Частоты нагружения роторов при многоцикловой усталости от низкочастотной вибрации практически не сказываются на величине предела выносливости.

Величина предела выносливости для ротора при наличии концентратора напряжений для симметричного цикла нагружения и заданной температуре определяется зависимостью:

где К- коэффициент снижения предела выносливости для реальной детали; -1- предел выносливости образца при симметричном цикле нагружения и заданной температуре.

где К - эффективный коэффициент концентрации напряжений; Кд коэффициент, учитывающий влияние масштабного фактора; КF коэффициент, учитывающий влияние шероховатости.

Для задней галтели диафрагменного уплотнения первой ступени РВД теоретический коэффициент концентрации напряжений при изгибе рассчитывается по зависимости:

Учт влияния масштабного фактора и концентрации напряжений при изгибе производится по зависимости:

Здесь: L - длина окружности для рассматриваемого диаметра вала в мм;

G - относительный градиент главного напряжения, мм-1; - относится к лабораторному образцу d=7.5 мм; v 0.2 0.0001 ( в в МПа).

Для оценки влияния асимметрии нагружения на величину ограниченного предела выносливости RД можно использовать следующую зависимость:

где im - интенсивность максимальных напряжений, отвечающая статической составляющей цикла при усталостном нагружении.

При многоцикловой усталости число циклов до разрушения Nр в зависимости от амплитуды напряжений а определятся по кривой Веллера.

Поскольку при высоких температурах эта кривая имеет две ниспадающие ветви с точкой перегиба при числе циклов N0, то при асимметричном цикле нагружения детали величина предела выносливости RД отвечает числу циклов N0. Уравнения для верхней и нижней ветви кривой Веллера, соответственно, имеют вид:

где N0=1.7*107 циклов; NS = 1011 циклов;

m1=m1гл/; m2= m2гл; S=RД * (N0/NS)1/m2;

Здесь NS - предельное число циклов, которое может реализоваться за время эксплуатации ротора, S - амплитуда напряжений, отвечающая числу циклов NS. Таким образом, можно считать, что амплитуды напряжений меньшие S не вносят поврежденность от многоцикловой усталости в материал ротора.

Число циклов до зарождения трещины Nf в зависимости от амплитуды нагружения а определяется линией Френча. При высоких температурах она также имеет две наклонных ветви. Предполагается, что перегиб линии Френча также отвечает числу циклов N0 и точка с координатами (s, Ns) общая для линий Френча и Веллера. Амплитуда напряжений Rf отвечает числу циклов N0 по линии Френча. В этом случае зависимости, описывающие два ниспадающих участка линии Френча имеют вид:

где Rf=S * (NS/N0)1/mf Показатели степени в уравнении усталостной кривой (линии Френча) mf1 и mf2 рассчитываются по зависимостям, предложенным в работах Ивановой В.С.

В третьей главе на основании приведенных выше зависимостей была проведена оценка поврежденности материала РВД турбины К-800-23,5-5 в зависимости от условий эксплуатации и геометрии концентратора напряжений. Рассматривался участок ротора (рис.3) в области галтели радиусом 2.

Оценка влияния средних напряжений цикла на характеристики выносливости рассматриваемого участка РВД приведена на рис.4.

Многоцикловая усталость в рассматриваемом случае представляет собой асимметричное нагружение, при котором среднее напряжение цикла складывается из температурных напряжений, напряжений от центробежной силы и осевых напряжений, а амплитуда переменных напряжений определяется вибрационной нагрузкой.

Рисунок 4. Зависимость ограниченных пределов выносливости RД, Rf и s от величины интенсивности среднего напряжения цикла im В зависимости от величины асимметрии усталостного нагружения, определяемой геометрией концентратора напряжений и режимом снижения температура пара на поверхности ротора, можно оценить (рис. 4) величины амплитуд вибрационной нагрузки а, s, которые не вносят поврежденности от многоцикловой усталости в материал ротора.

На рисунке 5 показаны усталостные кривые, отвечающие зарождению трещины в зависимости от значений асимметрии цикла усталостного нагружения. Таким образом, можно оценить число циклов до зарождения трещины при различных значениях асимметрии цикла усталостного нагружения.

Рисунок 5. Усталостные кривые (линии Френча) при различных значениях интенсивности среднего напряжения цикла im и коэффициенте концентрации напряжений =2,738 при -1=300,4МПа.

1-im=0; 2- im=100 МПа; 3- im=150 МПа; 4- im=200 МПа; 5-im=250МПа; 6im=300 МПа; 7- im=350 МПа; 8- im=400 МПа; 9- im=450 МПа;

На рисунке 6 приведены зависимости ограниченного предела выносливости s от величины и скорости снижения температуры для геометрии реально существующей канавки при 2= 6 мм.

Рисунок 6. Зависимость ограниченного предела выносливости s от величины и скорости снижения температуры при 2= 6 мм ( = 2,738, Кzp=2,824).

Зависимости предельной амплитуды s от режимов снижения температуры пара на поверхности ротора позволяют оценить для данного участка ротора уровень безопасных амплитуд вибрационных напряжений.

Влияние величины коэффициента концентрации напряжений на ограниченный предел выносливости s для различных вариантов снижения температуры пара приведено на рисунках 7 и 8.

Рисунок 7. Зависимость ограниченного предела выносливости s от коэффициента концентрации при скорости снижения температуры пара V=-1 0C/мин и различных значениях Т.

Рисунок 8. Зависимость ограниченного предела выносливости s от коэффициента концентрации при скорости снижения температуры пара V=-3 0C/мин и различных значениях Т.

Зависимости ограниченного предела выносливости s от коэффициента концентрации, т.е. геометрии концентратора напряжений в рассматриваемой зоне ротора, при различных скоростях снижения температуры пара и различных значениях Т позволяют оптимальным образом выбрать радиусы галтелей при реализуемых эксплуатационных режимах работы РВД.

На основании разработанного метода расчета была проведена оценка поврежднности от многоцикловой усталости РВД турбины К-800-23,5-5 в зоне задней галтели диафрагменного уплотнения первой ступени при снижении температуры пара у поверхности ротора на 1000С и скоростях снижения V=1-30С/мин (табл. 2).

Было получено, что амплитуда переменных напряжений от прогиба ротора и действия поперечной силы аэ = 16 МПа не вносит поврежднности от многоцикловой усталости.

Амплитуда переменных напряжений от НЧВ аэ = 38 МПа для отдельных режимов снижения температуры пара у поверхности ротора может приводить к поврежденности от многоцикловой усталости. При скорости снижения температуры пара у поверхности ротора V=10С/мин, отвечающей инструкции по эксплуатации, поврежденность от многоцикловой усталости в рассматриваемой зоне РВД накапливаться не будет. При повышенных скоростях снижения температуры пара следует учитывать поврежденность от многоцикловой усталости.

Таблица 2 – Оценка поврежденности от многоцикловой усталости для различных режимов снижения температуры пара у поверхности ротора и аэ=38МПа Nfдоп= Nf/2.5, циклы K=МнЦУ/ j при Величина наибольшей поврежденности от многоцикловой усталости за весь срок эксплуатации МнЦУ принята равной 0,2, т.к. данная поврежденность является дополнительной к поврежденности от малоцикловой усталости и ползучести. При этом можно получит допустимое число ступенек К при таком типе нагружености в рассматриваемой зоне РВД.

В четвёртой главе приведены результаты оценки поврежднности материала РВД турбины К-300-23,5 от многоцикловой усталости при участии турбины в регулировании частоты и мощности.

Проведенная оценка представляет практический интерес, поскольку в последнее время достаточно много внимания уделяется обеспечению эффективного участия энергоблоков большой мощности в режимах нормированного первичного регулирования частоты (НПРЧ) и автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности (АВРЧМ).

Результаты расчета по разработанной методике показали, что изменение температуры пара на поверхности ротора на величину равную или меньшую 20 0С в режиме АВРЧМ при наличии статической составляющей напряжений в зоне концентрации напряжений не сказывается на поврежденности металла ротора от многоцикловой усталости.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. На основе имеющихся данных о процессах, протекающих в металле средней части РВД при эксплуатации разработан метод расчета поврежденности от многоцикловой усталости, который может быть использован в системе диагностики остаточного ресурса РВД.

2. Предложена методика оценки величины статической составляющей цикла при многоцикловой усталости высокотемпературных роторов, учитывающая комплекс геометрических и режимных факторов, в том числе, величину снижения температуры пара у поверхности ротора и скорость ее снижения при принудительном захолаживании и других аналогичных режимах.

3. Выявлены зависимости сопротивления усталости роторных сталей от температуры, масштабного фактора, концентрации напряжений и асимметрии цикла, отвечающие условиям эксплуатации РВД мощных паровых турбин и проведена оценка параметров усталостной кривой, отвечающей долговечности до зарождения трещины, для материала РВД с учетом эксплуатационных факторов.

4.На основе разработанных зависимостей проведена оценка поврежденности от многоцикловой усталости материала РВД турбины Кв зависимости от условий эксплуатации и геометрии концентратора напряжений. Выявлены режимы эксплуатации, при которых возможна поврежденность от многоцикловой усталости в зоне задней галтели диафрагменного уплотнения первой ступени.

5.Для РВД турбины К-300-23,5 оценка поврежденности от многоцикловой усталости при участии турбины в регулировании частоты и мощности энергосистемы показала, что для реальных условий эксплуатации ротора изменение температуры пара на поверхности ротора на величину равную или меньшую 20 0С в режиме АВРЧМ практически не вносит поврежденность от многоцикловой усталости в металл РВД.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Прудников А.А., Лебедева А.И. Оценка поврежденности от многоцикловой усталости роторов высокого давления паровых турбин.// Тяжелое машиностроение, 2011,№1, с. 22-27.

2. Лебедева А.И., Зорченко Н.В., Прудников А.А.О влиянии на состояние металла турбины К-300-23,5 многоцикловой усталости при участии энергоблока в регулировании частоты и мощности энергосистемы// Электрические станции, 2011, №4, С. 7- 3. Прудников А.А., Лебедева А.И. Анализ поврежденности роторов высокого давления паровых турбин. //Радиотехника, электротехника и энергетика: сб. тезисов докладов 15-й международной научно – технической конференции студентов и аспирантов, т.3,-М. МЭИ, 4. Прудников А.А., Лебедева А.И. Оценка влияния поврежденности от многоцикловой усталости на ресурс высокотемпературных роторов паровых турбин. //Радиотехника, электротехника и энергетика: сб.

тезисов докладов 16-й международной научно – технической конференции студентов и аспирантов, т.3,-М. МЭИ, 5. Прудников А.А., Лебедева А.И. Оценка поврежденности роторов турбины К-300-23,5 от многоцикловой усталости при участии энергоблока в регулировании частоты и мощности энергосистемы.

//Радиотехника, электротехника и энергетика: сб. тезисов докладов 17й международной научно – технической конференции студентов и аспирантов, т.3,-М. МЭИ,

Главная >> Машиностроение - авторефераты диссертаций. Cпециальность 05.00.00

Похожие работы:

«УДК 629.124.9:533.693(204.1) Мухина Милена Львовна ВЫБОР И АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СУДНА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ НА РАННИХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Специальность 05.08.03 – Проектирование и конструкция судов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород – 2011 Работа выполнена на кафедре Кораблестроение и авиационная техника ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ...»

«Никитин Сергей Васильевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗОК И СНИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОЕМКОСТИ ЦЕПНЫХ КОНВЕЙЕРОВ Специальность: 05.05.04 Дорожные, строительные машины и подъемно – транспортные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт–Петербург 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический...»

«Макаров Владимир Сергеевич МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ОЦЕНКА ПРОХОДИМОСТИ КОЛЕСНЫХ МАШИН ПРИ КРИВОЛИНЕЙНОМ ДВИЖЕНИИ ПО СНЕГУ 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Н. Новгород 2009 Работа выполнена на кафедре Автомобили и тракторы Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Беляков Владимир Викторович Официальные...»

«Айметов Сергей Фаритович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ Специальность: 05.02.10 Сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2011 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Работа выполнена на кафедре Оборудование и технология сварочного производства Южно-Уральского государственного университета. Научный...»

«МАРТЫНОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДЬЕВНА РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 05.02.18 – теория механизмов и машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск, 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель : Подгорный...»

«Матвеев Иван Александрович ФОРМИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СТРАТЕГИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Специальность: 05.02.22 – Организация производства (промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Санкт-Петербург 2006 Работа выполнена на кафедре операционного менеджмента и бизнес-информатики факультета менеджмента Санкт-Петербургского государственного университета доктор...»

«Макаревский Андрей Сергеевич РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА САЖЕСОБРАЗОВАНИЯ И СНИЖЕНИЕ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ПРИ НАБРОСЕ НАГРУЗКИ ДИЗЕЛЯ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.02 - тепловые двигатели Москва - 2007 г. Работа выполнена на кафедре комбинированных двигателей внутреннего сгорания инженерного факультета Российского Университета Дружбы Народов Научный руководитель...»

«Курмангалиева Дина Бакыт-кожаевна НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 05.02.23 – стандартизация и управление качеством продукции Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Республика Казахстан Астана, 2010 Работа выполнена в Евразийском Национальном Университете им. Л.Н.Гумилева Научный консультант : доктор технических наук, профессор Усембаева Ж.К. Официальные оппоненты : доктор...»

«Деменцев Кирилл Иванович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СВАРОЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА ЗА СЧЕТ МОДУЛЯЦИИ СВАРОЧНОГО ТОКА Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент КНЯЗЬКОВ Анатолий Федорович...»

«КОРОБОВА Наталья Васильевна НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПЛОТНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ НА ПРЕССАХ Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2009 Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана. Официальные оппоненты : д. т. н., проф. Смирнов...»

«БЕЛОБОРОДОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДИЕВНА РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДА РАСЧЕТА УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (Машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Уфа 2001 Работа выполнена на кафедре Оборудование нефтехимических заводов Стерлитамакского филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета. Научный...»

«УДК 620.17 Харанжевский Евгений Викторович ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ ЛАЗЕРНОМ УПРОЧНЕНИИ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ Специальность 05.02.01 — Материаловедение (промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ижевск — 2002 Работа выполнена в Ижевском государственном техническом университете. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Ломаев Г. В. Научный консультант : кандидат...»

«Печенникова Дарья Сергеевна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ 05.08.05 Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова (АлтГТУ) Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«БАХОНИН АЛЕКСЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТОВ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Специальность 05.02.13 машины, агрегаты и процессы (машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук У ф а 2003 2 Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук,...»

«ХАРЧЕНКО АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕХАТРОННЫХ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ НА ОСНОВЕ АППАРАТНОЙ И ПРОГРАММНОЙ ИНТЕГРАЦИИ МЕХАТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва 2010 Работа выполнена на кафедре Робототехника и мехатроника ГОУ ВПО Московский государственный технологический...»

«МОРГАЛИК Борис Маркович ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ МЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СПОСОБОМ 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Могилев – 2013 2 Работа выполнена в Государственном учреждении высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет на кафедре Строительные, дорожные, подъемно-транспортные машины и оборудование....»

«Малкин Илья Владимирович Разработка технических средств снижения шумовых излучений системы газообмена двигателя легкового автомобиля 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2014 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет на кафедре Управление промышленной и экологической безопасностью. Научный...»

«Ремизов Александр Евгеньевич МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МЕЖТУРБИННОГО ПЕРЕХОДНОГО КАНАЛА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и...»

«Артемьев Александр Алексеевич РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ С УПРОЧНЯЮЩИМИ ЧАСТИЦАМИ TiB2 Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2010 2 Работа выполнена на кафедре Оборудование и технология сварочного производства в Волгоградском государственном техническом университете. Научный руководитель – доктор технических наук,...»

«БЕЛОГОЛОВ ЮРИЙ ИГОРЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ТОНКОСТЕННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ (УПРУГОЙ КРОМКОЙ) Специальность 05.02.02– Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск– 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Братский государственный университет и ФГБОУ ВПО Иркутский государственный университет путей сообщения. Научный руководитель : Долотов Алексей Митрофанович доктор...»

наверх

<< ГЛАВНАЯ | КОНТАКТЫ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА (Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)