Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу

Рассматриваются вопросы определения поврежденности от ползучести и малоцикловой усталости, оценки остаточного ресурса ротора турбины. Проводится сравнение результатов расчетов остаточного ресурса ротора турбины при использовании разных коэффициентов запаса....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Шульженко, М.Г., Гонтаровський, П.П., Глядя, А.О., Пожидаєв, О.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2011
Schriftenreihe:	Проблемы машиностроения
Schlagworte:	Энергетическое машиностроение
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110186
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу / М.Г. Шульженко, П.П. Гонтаровський, А.О. Глядя, О.В. Пожидаєв // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 3. — С. 3-11. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-110186
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1101862017-01-01T03:02:31Z Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу Шульженко, М.Г. Гонтаровський, П.П. Глядя, А.О. Пожидаєв, О.В. Энергетическое машиностроение Рассматриваются вопросы определения поврежденности от ползучести и малоцикловой усталости, оценки остаточного ресурса ротора турбины. Проводится сравнение результатов расчетов остаточного ресурса ротора турбины при использовании разных коэффициентов запаса. Розглядаються питання визначення пошкодженості від повзучості і малоциклової втоми, оцінки залишкового ресурсу ротора турбіни. Проводиться порівняння результатів розрахунків залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу. Problems of determination of defects from creeping and low-cycle fatigue, residual life evaluation of a turbine rotor are considered. Comparison of residual life calculation results of a turbine rotor applying different assurance coefficients is being carried out. 2011 Article Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу / М.Г. Шульженко, П.П. Гонтаровський, А.О. Глядя, О.В. Пожидаєв // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 3. — С. 3-11. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 0131-2928 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110186 621.165:536.24 uk Проблемы машиностроения Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Энергетическое машиностроение Энергетическое машиностроение
spellingShingle	Энергетическое машиностроение Энергетическое машиностроение Шульженко, М.Г. Гонтаровський, П.П. Глядя, А.О. Пожидаєв, О.В. Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу Проблемы машиностроения
description	Рассматриваются вопросы определения поврежденности от ползучести и малоцикловой усталости, оценки остаточного ресурса ротора турбины. Проводится сравнение результатов расчетов остаточного ресурса ротора турбины при использовании разных коэффициентов запаса.
format	Article
author	Шульженко, М.Г. Гонтаровський, П.П. Глядя, А.О. Пожидаєв, О.В.
author_facet	Шульженко, М.Г. Гонтаровський, П.П. Глядя, А.О. Пожидаєв, О.В.
author_sort	Шульженко, М.Г.
title	Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу
title_short	Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу
title_full	Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу
title_fullStr	Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу
title_full_unstemmed	Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу
title_sort	розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу
publisher	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Энергетическое машиностроение
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110186
citation_txt	Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу / М.Г. Шульженко, П.П. Гонтаровський, А.О. Глядя, О.В. Пожидаєв // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 3. — С. 3-11. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
series	Проблемы машиностроения
work_keys_str_mv	AT šulʹženkomg rozrahunkoveviznačennâzališkovogoresursurotoraturbínizvikoristannâmríznihkoefícíêntívzapasu AT gontarovsʹkijpp rozrahunkoveviznačennâzališkovogoresursurotoraturbínizvikoristannâmríznihkoefícíêntívzapasu AT glâdâao rozrahunkoveviznačennâzališkovogoresursurotoraturbínizvikoristannâmríznihkoefícíêntívzapasu AT požidaêvov rozrahunkoveviznačennâzališkovogoresursurotoraturbínizvikoristannâmríznihkoefícíêntívzapasu
first_indexed	2025-07-08T00:13:34Z
last_indexed	2025-07-08T00:13:34Z
_version_	1837035552664190976
fulltext	ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 3 УДК 621.165:536.24 М. Г. Шульженко, д-р техн. наук П. П. Гонтаровський, канд. техн. наук А. О. Глядя О. В. Пожидаєв Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (м. Харків, e-mail: shulzh@ipmach.kharkov.ua) РОЗРАХУНКОВЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВОГО РЕСУРСУ РОТОРА ТУРБІНИ З ВИКОРИСТАННЯМ РІЗНИХ КОЕФІЦІЄНТІВ ЗАПАСУ Рассматириваются вопросы определения поврежденности от ползучести и малоцикло- вой усталости, оценки остаточного ресурса ротора турбины. Проводится сравнение результатов расчетов остаточного ресурса ротора турбины при использовании раз- ных коэффициентов запаса. Розглядаються питання визначення пошкодженості від повзучості і малоциклової вто- ми, оцінки залишкового ресурсу ротора турбіни. Проводиться порівняння результатів розрахунків залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу. Вступ У 1996 р. фахівцями Росії та України розроблено нормативний документ (НД) РД 34.17.440-96 «Методические указания о порядке проведения работ при оценке индивиду- ального ресурса паровых турбин и продлении срока их эксплуатации сверх паркового ресур- са» [1], що введений в дію в Росії і вже вдруге перевиданий у 2003 р., а в Україні так і не на- брав чинності. На цей час окремі положення цього НД в частині розрахункового оцінювання зали- шкового ресурсу високотемпературних роторів і корпусних деталей застаріли і потребують уточнення. В ІПМаш НАН України на основі досвіду виконання розрахункових досліджень теп- лових полів, напружено-деформованого стану (НДС) і оцінки ресурсу елементів парових турбін розроблено проект НД з розрахункового оцінювання ресурсу високотемпературних роторів і корпусних деталей парових турбін [2]. В проекті НД [2], що пропонується, на відміну від відповідного матеріалу НД РД 34.17.440-96 (Додаток 16) внесено зміни, які стосуються моделей, методів і розрахунко- вих схем аналізу теплового, термонапруженого станів, пошкодженості та оцінки ресурсу і рекомендації до їх визначення. Запропоновано методику для уточненої оцінки пошкодженості від малоциклової втоми, яка враховує всю історію нерегулярного навантаження. Поряд з використанням коефіцієнтів запасу за [1] (РД 34.17.440-96) використані нові коефіцієнти запасу, які дають менш консервативну оцінку ресурсу. Розроблено методику розрахунку часу живучості елементів енергомашин з ураху- ванням практично важливих факторів: складного НДС в вершині тріщини, релаксації на- пружень при повзучості, ефекту закриття тріщини при циклічному навантаженні та ін. Ме- тодика з обчисленням коефіцієнта інтенсивності напружень методом скінченних елементів дозволяє розглядати деталі складної геометрії в умовах перерозподілу напружень в процесі зростання тріщини (наприклад для замкових з’єднань лопаток, коли інші методики не при- датні). ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 4 Переглянуто критерії оцінки живучості конструкції з тріщиною. Виключено неефек- тивні критерії за швидкістю підростання тріщини. Запропоновано критерій з використанням коефіцієнта запасу за часом до руйнування, який є визначальним при розкиді даних за влас- тивостями тріщиностійкості матеріалів. Для уточненої оцінки довготривалої міцності високотемпературних елементів енер- гомашин пропонується використовувати теорію повзучості з анізотропним зміцненням, що доповнюється кінетичними рівняннями пошкодженості матеріалу на основі використання скалярного та векторного параметрів. Це дозволяє розглядати одночасно процеси повзучості і пошкодженості матеріалу, точніше враховувати вплив зміни навантаження за часом, спря- мований характер зміцнення, зворотну повзучість, релаксацію напружень, а також неліній- ний характер накопичення пошкодженості при складному навантаженні і виявляти місця та характер руйнування. Використання запропонованого методичного забезпечення розрахункової оцінки ре- сурсу відповідальних елементів турбін дозволить підвищити точність визначення залишко- вого ресурсу роторів і корпусних елементів турбін ТЕС і ТЕЦ. Результати розрахункових досліджень У даній роботі наводяться результати порівняння прогнозованого залишкового ре- сурсу ротора турбіни, визначеного за двома базами коефіцієнтів запасу, які пропонуються в [1] і [2]. Згідно з [1] визначення ресурсу до зародження тріщин базується на розрахунках на- копиченої пошкодженості від повзучості і малоциклової втоми (МЦВ). При цьому застосо- вуються коефіцієнти запасу за деформаціями nε, числом циклів nN, напруженнями nдм і сума- рної пошкодженості від повзучості і МЦВ nп, які є заздалегідь призначеними сталими вели- чинами, незалежними від рівня діючих напружень та деформацій. Сумарна пошкодженість П, що накопичується в зоні дослідження в умовах сумісної дії повзучості (при різних q ста- ціонарних режимах) і циклічних навантажень (при різних k експлуатаційних циклах), та від- повідна йому пошкодженість з урахуванням коефіцієнтів запасу [П] знаходяться за форму- лами ∑∑ == +=+= k i pi i q j pj j N n t t 11 цст ППП , (1) { } ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ +=+= ∑∑ == П ][][ maxП]),П[]П([maxП][ п 11 пцст ),( n N n t t n k i i i q j jp j , (2) де Пст, Пц – пошкодженість від статичних і циклічних навантажень без урахування і [Пст], [Пц] – з урахуванням коефіцієнтів запасу; tj – час роботи на j-му стаціонарному режимі при температурі металу Tj і з еквівалентними напруженнями повзучості σej; tpj – час до настання граничного стану (зародження тріщини повзучості) під дією σej при температурі Tj, який ви- значається з діаграми довготривалої міцності матеріалу; [tp]j – допустимий час роботи на j стаціонарному режимі, який визначається з тієї ж діаграми, що і tpj, але згідно з еквівалент- ними напруженнями повзучості σej, які збільшено в nдм разів (nдм = 1,5 згідно з [1]); ni – кіль- кість експлуатаційних циклів i типу; Nрi – кількість циклів i типу до зародження тріщини; [N]i – допустиме число циклів i типу; nп – коефіцієнт запасу за сумарною пошкодженістю від повзучості і МЦВ (nп=5 згідно з [1]). Величина [N] i знаходиться за формулою [N]i = min(N1i, N2i), (3) де N1i = Npi/nN – число циклів до зародження тріщини МЦВ, поділене на коефіцієнт запасу nN , яке відповідає амплітуді еквівалентних повних деформацій εai, що приведена до симет- ричного ізотермічного циклу; N2i – число циклів до зародження тріщини МЦВ, яке відпові- дає збільшеній амплітуді еквівалентних деформацій nεεai (nε = 1,5 згідно з [1]). ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 5 Величина N1i визначається за методикою [1] з використанням експериментальних кривих втоми (в цьому випадку nN = 5) або за наближеними кореляційними залежностями (nN = 10) між кількістю циклів і амплітудою повних пружно-пластичних деформацій εаi, яка приводиться до симетричного ізотермічного циклу. Деформації εаi обчислюються через екві- валентні деформації εеi, які можуть бути отримані із розв’язку задачі термопластичності або з використанням залежності Нейбера. Формули (1), (2) використовуються для визначення пошкодженості від повзучості і МЦВ як накопиченої за період експлуатації, що передує розрахунковому аналізу, так і для середньорічної пошкодженості, що прогнозується для наступного періоду експлуатації. При визначенні допустимої пошкодженості згідно з (2) із двох значень пошкоджено- сті вибирається більше, що приводить до підвищення запасу за ресурсом. При цьому при великій кількості циклів, які викликають МЦВ, і при великих напруженнях повзучості спра- цьовують коефіцієнти запасу за nε і nДП, а при малій кількості циклів і малих напруженнях – nN і nп. В проекті НД [2] пропонується замість зазначених чотирьох коефіцієнтів запасу (nε = 1,5, nN = 5, nДП = 1,5, nп = 5), що прийняті в [1], використовувати два – за числом циклів при МЦВ nN (Nр) і за пошкодженням при повзучості nст(tp). При цьому перший з них пропо- нується вважати залежним від числа циклів до руйнування Nр, а другий – від часу до руйну- вання tp (рис. 1). Графік nN(N) (рис. 1, а) побудовано на основі використання кривих МЦВ і аналізу коефіцієнтів запасу для сталей 25Х1М1ФА (Р2МА), 20Х3МВФА (ЭИ-415А), 15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ в діапазоні температур від 400 до 550 °С [3]. Графік nст(tp) (рис. 1, б) побудовано на основі аналізу кривих тривалої міцності ста- лей Р2МА (520 °С), ЭИ-415 (540 °С) і 15Х1М1ФЛ (500 і 540 °С) [4–6]. Для визначення сумарної пошкодженості [П] від повзучості і МЦВ, що накопичуєть- ся в зоні дослідження ротора чи корпусу за час експлуатації, пропонується формула, яка ви- пливає з (2) при прийнятих коефіцієнтах запасу [ ] [ ] [ ] ∑∑ == +=+= k i pi ipiN q j pj jpj N nNn t ttn 11 ст цст )()( ППП , (4) де nст(tp) – коефіцієнт запасу за пошкодженістю від повзучості; nN(Np) – коефіцієнт запасу за числом циклів для i-го типу експлуатаційних циклів. Формула (4) використовується і для розрахунків середньорічної пошкодженості від повзучості та МЦВ, що прогнозується для наступного (після визначення можливості про- довження ресурсу) періоду експлуатації. а) б) Рис. 1. Залежність коефіцієнтів запасу від кількості циклів Np і часу tp: а) – до руйнування при МЦВ; б) – до руйнування при повзучості ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 6 Оцінка пошкодженості матеріалу внаслідок МЦВ і повзучості грунтується на їх лінійному підсумовуванні. При досягненні сумарною пошкодженістю значення одиниці ре- сурс вважається вичерпаним. В ІПМаш НАН України з 1996 року для оцінки індивідуального ресурсу використо- вувалися положення НД [1]. За цей час виконано розрахункові оцінки ідивідуального зали- шкового ресурсу корпусів і роторів турбін К-200-130 ЛМЗ, К-300-240 ХТГЗ, Т-250/300-240 УТМЗ та інших. Порівняння результатів розрахунків залишкового ресурсу за двома базами нормати- вних коефіцієнтів запасу [1] і [2] виконано для ротора високого тиску (РВТ) турбіни Т- 250/300-240 УТМЗ. При цьому використовуються результати робіт [7, 8], в яких визначалась інтенсивность спрацювання ресурсу РВТ на перехідних режимах роботи. Розглянуто такі експлуатаційні цикли: − (ХС–СР–ЗА) – пуск із холодного стану (скорочене позначення циклу ХС), робота на ста- ціонарному режимі при номінальній потужності, зупин турбоагрегату зі зривом вакууму; − (НС–СР–ЗА) – пуск із неостиглого стану (скорочене позначення циклу НС), робота на стаціонарному режимі при номінальній потужності, зупин турбоагрегату зі зривом ваку- уму; − (ГС–СР–З) – пуск із гарячого стану (скорочене позначення циклу ГС), робота на стаціо- нарному режимі при номінальній потужності, зупин турбоагрегату без зриву вакууму; − (СР–Р–СРМ–Н–СР) – перехідний режим (скорочене позначення циклу (Р–Н))– робота на стаціонарному режимі при номінальній потужності, розвантаження (скидання потужнос- ті), робота на стаціонарному режимі при малій потужності, навантаження (набір потуж- ності), робота на стаціонарному режимі при номінальній потужності. Досліджено 14 варіантів експлуатаційного циклу (СР–Р–СРМ–Н–СР), із них 6 варіа- нтів розвантаження з 250 до 140 МВт (скорочене позначення циклу (Р–Н)250), 8 варіантів – розвантаження з 300 до 140 МВт (скорочене позначення циклу (Р–Н)300). Для оцінки пошкодженості РВТ при роботі на стаціонарному режимі використано результати розрахунку повзучості по ізохронних кривих для 100 тисяч годин. Для підвищення точності розрахункової оцінки циклічної пошкодженості, що нако- пичується за досліджуваний термін експлуатації, було визначено фактичну кількість пусків з різних теплових станів, а також перехідних режимів роботи (глибоких розвантажень – робо- ті на стаціонарному режимі при малій потужності – навантаженні). Виконано поглиблений аналіз пусків з різних теплових станів і глибоких розванта- жень при різних темпах скидання і набору потужності. Виділено такі осереднені темпи роз- вантаження–навантаження, МВт/хв: N& = 2,4; 6,0; 7,6; 10,0; 12,0; 15,0; 17,3; 22,0. Враховано, що з 2003 року робота блоку Т-250/300-240 УТМЗ здійснювалась за за- мовленням Енергоринку. Встановлено, що за досліджуваний період експлуатації відбулося 72 пуски з холод- ного стану (72ХС), 68 – з неостиглого (68НС) і 77 – з гарячого (77ГС). Крім того, до 2003 р., тобто до Енергоринку, енергоблок витримав 796 розвантажень–навантажень (796(Р–Н)300). Ці перехідні режими були досить повільними (з темпом 2,4 МВт/хв). Згідно з наявними да- ними прийнято, що з 2003 р. (тобто в умовах Енергоринку) енергоблок витримав 1178 роз- вантажень–навантажень з 250 до 140 МВт і 128 розвантажень–навантажень з 300 до 140 МВт зі швидкістю 6 МВт/хв. За даними ТЕЦ середньорічний наробіток турбіни складав біля 6000 годин, а наробі- ток за весь час експлуатації – приблизно 106 тисяч годин. Розрахункові дослідження накопиченої пошкодженості від МЦВ і повзучості вико- нано для небезпечних зон РВТ (рис. 2): − переднє кінцеве ущільнення (ПКУ) – теплові канавки № 4 і № 7; − діафрагмове ущільнення (ДУ) другого ступеня – теплова канавка № 2; ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 7 − диск першого ступеня – осьовий канал під диском першого ступеня, передня і задня гал- телі диска; − внутрішнє кінцеве ущільнення (ВУ) – теплова канавка № 4. За весь розглянутий період експлуатації враховувалась така кількість експлуатацій- них циклів: 72ХС + 68НС + 77ГС + 796(Р–Н)2,4 300 + 1178(Р–Н)6 250 + 128(Р–Н)6 300, (5) де верхній індекс у скороченому позначенні (Р–Н) визначає темп розвантаження- навантаження. Кількість циклів до появи втомних тріщин без урахування (Np) і з урахуванням ([N]) коефіцієнтів запасу за НД [1] (nε = 1,5 і nN = 5) і [2] (з урахуванням оновленого коефіцієнта запасу nN (Np), який визначається за графіком на рис. 1, а в залежності від кількості циклів Np) для всіх розглянутих експлуатаційних циклів, вибіркових досліджених зон ротора і вибі- ркових темпах розвантаження–навантаження, наводиться в табл. 1. В високотемпературному РВТ місцями вичерпання ресурсу по довготривалій міцно- сті є поверхня осьового каналу і придискові галтелі першого ступеня. Таблиця 1. Число циклів до появи втомних тріщин без урахування Np і з урахуванням [N] коефіцієнтів запасу згідно з [1] і [2] для експлуатаційних (Пуск–СР–Зупин) і перехідних (СР–Р–СРМ–Н–СР) циклів при різних темпах розвантаження-навантаження ( N& ) і початковій потужності розвантаження (N) Зона РВТ Канавка ПКУ № 4 Канавка ДУ № 2 Експлуатаційний цикл N& , МВт/хв N, МВт Число циклів НД [1] НД [2] НД [1] НД [2] Np 12100 3120 ХС–СР–ЗА – – [N] 2420 2719 625 839 Np 29900 16900 НС–СР–ЗА – – [N] 5980 6004 3390 3650 Np 738 1×106 ГС–СР–З – – [N] 148 244 2×105 1×105 Np 1×106 1×106 2,4 300 [N] 2×105 1×105 20300 1×105 Np 1×106 1×106 250 [N] 2×105 1×105 1,28×105 1×105 Np 1×106 9300 6,0 300 [N] 43700 1×105 1860 2178 Np 1×106 1×106 250 [N] 2×105 1×105 43500 1×105 Np 81300 4170 10,0 300 [N] 14000 13897 835 1083 Np 1×106 1×106 250 [N] 1,54×105 1×105 27800 1×105 Np 40000 3090 СР–Р–СРМ– Н–СР 15,0 300 [N] 8010 7663 618 833 Рис. 2. Розрахункова схема РВТ турбіни Т-250/300-240 УТМЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 8 В табл. 2 наведена тривала статична пошкодженість від повзучості в зонах РВТ, де вона суттєва, за середньостатистичний рік експлуатації (6000 годин). Таблиця 2. Пошкодженість від повзучості за середньостатистичний рік експлуатації за НД [1] і [2] [Пст]×103 НД [1] НД [2] Зона РВТ T, °C σi, МПа tР×10–6, год Пст = = 6000/τР× ×103 max{nпПст; 6000/[tp]} nСТ(tp)×6000/tР Осьовий канал під дис- ком першого ступеня 506 81 2,35 2,6 13,0 8,9 Задня галтель диска першого ступеня 505 82 2,31 2,6 13,0 9,1 Передня галтель дис- ка першого ступеня 519 75 2,50 2,4 12,0 8,3 У табл. 2 прийняті такі позначення: Т – температура металу в розглянутій точці; σi – інтенсивність напружень; tр – час до появи тріщини під дією σi і температури Т; [tр] – час до появи тріщини під дією nдмσi (nдм = 1,3, а для зон концентрації nдм = 0,9⋅1,3 = 1,17 – зниження на 10%) [1]; Пст, [Пст] – статична пошкодженість без урахування і з урахуванням коефіцієнтів запасу довготривалої міцності nдм і пошкодженістю nп = 5 за НД [1] і за НД [2] – nст(tp) кое- фіцієнт запасу за пошкодженням від повзучості, який визначається за графіком на рис. 1, б). Сумарна пошкодженість від МЦВ і повзучості з урахуванням коефіцієнтів запасу, що накопичена в зонах дослідження ротора за час експлуатації, наводиться в табл. 3. Таблиця 3. Накопичена [П]' пошкодженість РВТ від МЦВ і повзучості з урахуванням коефіцієнтів запасу згідно з [1] і [2] [П]'×102 Зона РВТ НД [1] НД [2] Теплова канавка ПКУ № 4 57,4 37,4 Теплова канавка ДУ № 2 другого ступеня 25,3 18.4 Задня галтель диска першого ступеня 25,1 19,1 Осьовий канал під диском першого ступеня 24,7 18,7 Передня галтель диска першого ступеня 23,2 17,6 Теплова канавка ВУ №4 16,8 14,7 Сумарна пошкодженість з урахуванням коефіцієнтів запасу, що накопичена за час експлуатації і після визначення можливості продовження ресурсу [П], повинна задовольняти умову [П] = [П]' + [П]зал ≤ 1. (6) Відповідно до (6) [П]зал визначається за формулою [П]зал = 1 – [П]'. (7) Залишковий ресурс у роках визначається як відношення залишкової пошкодженості ([П]зал) до середньорічної пошкодженості від повзучості і МЦВ ([Пр]''), що прогнозується для наступного періоду експлуатації [G]зал = [П]зал/[Пр]''. (8) З урахуванням результатів аналізу середньорічного режиму роботи енергоблоку Т-250/300-240 УТМЗ в умовах Енергоринку прийнято прогнозований середньорічний режим роботи 5ХС + 4НС + 5ГС + 184(Р – Н)m 250 + 20(Р – Н)m 300, (9) ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 9 де верхній індекс m означає темп (швидкість) скидання–набору потужності, а нижній – «250» і «300» потужність, з якої відбувається розвантаження; (Р–Н)m 250 – розвантаження– навантаження з потужності 250 МВт при темпах m = N& = 6; 7,6; 10; 12; 15 і 17,3 МВт/хв; (Р–Н)m 300 – розвантаження–навантаження з потужності 300 МВт при темпах m = N& = 6; 7,6; 10; 12; 15 і 17,3 МВт/хв. Сумарна середньорічна пошкодженість від повзучості і МЦВ [Пр]'' і залишковий ре- сурс [G]зал, що прогнозуються для наступного періоду експлуатації в розглянутих зонах ро- тора в залежності від темпу скидання-набору потужності, наводиться в табл. 4, а на рис. 3 показана залежність прогнозованого залишкового ресурсу [G]зал від темпу розвантаження– навантаження. Таблиця 4. Прогнозована середньорічна пошкодженість від МЦВ і повзучості [Пр]'' і ресурс РВТ [G]зал в роках з урахуванням коефіцієнтів запасу за [1] і [2] НД [1] НД [2] Зона РВТ N& , МВт/хв [Пр]''×102 [G]зал [Пр]''×102 [G]зал 6,0 3,79 11 2,50 25 10,0 3,89 11 2,63 24 Теплова канавка ПКУ № 4 15,0 4,02 11 2,74 23 6,0 2,14 35 1,81 45 10,0 3,74 20 2,74 30 Теплова канавка ДУ № 2 другого ступеня 15,0 4,82 16 3,30 25 6,0 10,0 Задня галтель диска першого ступеня 15,0 1,41 53 1,13 72 6,0 10,0 Осьовий канал під диском першого ступеня 15,0 1,39 54 1,11 73 6,0 10,0 Передня галтель диска першого ступеня 15,0 1,31 59 1,05 79 6,0 1,64 51 1,47 58 10,0 3,05 27 2,40 36 Теплова канавка ВУ № 4 15,0 3,96 21 2,91 29 При розрахунку залишкового ресурсу РВТ [G]зал, що прогнозується на наступний пе- ріод експлуатації (табл. 4), було прийнято, що середньорічний режим роботи не буде зміню- ватися. Враховувався, як позначено вище, середньорічний режим роботи за формулою (9). Із виконаних досліджень випливає (табл. 4 і рис. 3), що використання оновлених ко- ефіцієнтів запасу за НД [2] приводить до збільшення залишкового ресурсу високотемпера- турного ротора. Так, прогнозований ресурс при темпі розвантаження-навантаження 6 МВт/хв становить 11 років (теплова канавка № 4 ПКУ) при використанні попередніх кое- фіцієнтів запасу [1] і 25 років при використанні оновлених коефіцієнтів запасу [2]. Найбіль- ший розкид в прогнозованому залишковому ресурсі при використанні двох видів коефіцієн- тів запасу спостерігається для теплової канавки № 4 ПКУ – в 2,3 рази. Для інших зон РВТ це становить від 1,2 до 1,6. При прийнятому прогнозованому середньорічному режимі роботи турбіни Т-250/300-240 УТМЗ необхідно забеспечити спрацювання ресурсу РВТ за термін, не мен- ший 20 років. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 10 Порівняння прогнозованого залишкового ресурсу РВТ Т-250/300-240 УТМЗ, визна- ченого за двома базами нормативних коефіцієнтів запасу [1], [2], дозволяє зробити такі ви- сновки: − для доведення строку спрацювання залишкового ресурсу до 20 років при розрахунку з використанням коефіцієнтів запасу за НД [1] треба в умовах щодобового нічного зни- ження потужності впроваджувати використання графіків роботи за лінійним законом зменшення й збільшення потужності при темпі зміни потужності, не більшому 8–10 МВт/хв; залишковий ресурс в зоні ПКУ РВТ можна значно збільшити за рахунок змен- шення кількості пусків з гарячого стану; − при розрахунку з використанням оновлених коефіцієнтів запасу залишковий ресурс на всіх розглянутих режимах перевищує 20 років. Висновки Введення оновлених коефіцієнтів запасу [2] дозволяє зменшити консервативність оцінки залишкового ресурсу високотемпературних роторів. Використання оновлених коефі- цієнтів запасу спрощує розрахунки. Їх використання рекомендується за наявності даних про властивості матеріалу і термонапружений стан ротора, що визначені з високим ступенем до- стовірності. Надалі при оцінці відповідності прогнозованого ресурсу результатам спостережень доцільно при визначенні накопиченої пошкодженості і залишкового ресурсу роторів і кор- пусних деталей турбін виконувати порівняльні розрахунки за двома базами коефіцієнтів за- пасу [1] і [2]. Доцільність оновлення коефіцієнтів запасу пояснюється й зрослою точністю визна- чення термонапруженого стану й накопиченої пошкодженості елементів турбін на стаціона- рних і змінних режимах роботи, а також можливістю одержання характеристик матеріалів, що експлуатуються тривалий час. Література 1. Методические указания о порядке проведения работ при оценке индивидуального ресурса паро- вых турбин и продлении срока их эксплуатации сверх паркового ресурса: РД 34.17.440-96. – М.: ВТИ, 1996. – 153 с. Рис. 3. Прогнозований залишковий ресурс РВТ в залежності від темпу розвантаження-навантаження і при різних коефіцієнтах запасу: суцільні лінії – прогнозований залишковий ресурс з урахуванням коефіцієнтів запасу за НД [1], пунктирні – за НД [2] ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 3 11 2. Методичні вказівки з визначення розрахункового ресурсу і оцінки живучості роторів і корпусних деталей турбін: СОУ–Н–МПЕ. – 2010. 3. Детали паровых стационарных турбин. Расчет на малоцикловую усталость: РТМ 108.021.103–85. – М.: НПО Центр. котлотурбин. ин-т, 1986. – 50 с. 4. Ланин А. А. Жаропрочные металлы и сплавы: справочные материалы / А. А. Ланин, В. С. Балина. – СПб.: Энерготех, 2006. – 224 с. 5. Резинских В. Ф. Увеличение ресурса длительно работающих паровых турбин / В. Ф. Резинских, В. И. Гладштейн, Г. Д. Авруцкий. – М.: Издат. дом Моск. енерг. ин-та, 2007. – 296 с. 6. Свойства сталей и сплавов, применяемых в котлотурбостроении. Ч. первая. Руководящие указа- ния. – Л.: Центр. котлотурбин. ин-т, 1966. – Вып. 16. – 219 с. 7. Мацевитый Ю. М. Переменные режимы работы энергоблоков ТЭЦ с турбинами Т-250/300-240 и срабатывание их ресурса / Ю. М. Мацевитый, Н. Г. Шульженко, В. Н. Голощапов // Цільова ком- плексна програма НАН України «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин «РЕСУРС», зб. наук. статей за результатами, отриманими в 2007–2009 рр. – Ін-т електро- зварювання ім. Є. О. Патона НАН України, 2009. – С. 321–325. 8. Шульженко Н. Г. Расчетный ресурс высокотемпературных роторов турбины Т-250/300-240. Ч. I. Методика оценки ресурса / Н. Г. Шульженко, П. П. Гонтаровский, В. Н. Голощапов, А. В. Пожи- даев, А. Ю. Козлоков // Енергетика та електрифікація. – 2011. – № 1 (329). – С. 41–46. Поступила в редакцию 27.02.11 УДК 621.125 А. А. Дворников Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (м. Харків, e-mail: tarelin@ipmach.kharkov.ua) АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АНАЛИЗА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТУРБОУСТАНОВОК ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Разработан программный комплекс, позволяющий выполнять расчет показателей эко- номичности как отдельных узлов, так и турбоустановки в целом. Предлагается приме- нять данный программный комплекс для анализа режимов работы турбоустановок в условиях электростанций в режиме реального времени. Розроблено програмний комплекс, що дозволяє виконувати розрахунок показників еко- номічності як окремих вузлів, так і турбоустановки в цілому. Пропонується застосову- вати цей програмний комплекс для аналізу режимів роботи турбоустановок в умовах електростанцій в режимі реального часу. Введение Экономичность турбоустановки ТЭС и ТЭЦ зависит от их состояния. На экономич- ность энергоблоков могут влиять состояние подогревателей питательной воды, конденсато- ра, цилиндров турбины. Эффективность работы подогревателей и конденсатора может в процессе работы ухудшаться по разным причинам. Это загрязненность поверхностей тепло- обмена, присосы (из-за неплотностей) и многое другое. Экономичность цилиндров зависит от состояния проточной части, величины зазоров концевых и диафрагменных уплотнений. На экономичность турбоустановки существенное влияние оказывает состояние тракта промперегрева. Со временем КПД отдельных узлов и турбоустановки снижаются. Для эф- фективной эксплуатации турбоустановок необходимо контролировать их состояние и свое- временно выполнять ремонт.

Розрахункове визначення залишкового ресурсу ротора турбіни з використанням різних коефіцієнтів запасу

Institution

Ähnliche Einträge