РАСЧЕТНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕРМОПРОЧНОСТИ И РЕСУРСА ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2018.03.038
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 21, № 3, 2018 (сентябрь)
Страницы 38-46

 

Авторы

Н. Г. Шульженко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: shulzh@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-1386-0988

П. П. Гонтаровский, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: gontarovskijpavel@gmail.com

Н. Г. Гармаш, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: garm.nataly@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4890-8152

И. И. Мележик, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: melezhyk81@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8968-5581

 

Аннотация

Эффективная и надежная работа энергетических агрегатов тесно связана с обеспечением термопрочности и долговечности их элементов и узлов. Требования современного энергорынка приводят к эксплуатации оборудования на переменных режимах, что вызывает ускоренное срабатывание его ресурса. Проблема продления ресурса энергомашин приобретает все большее значения в связи с тем, что процессы старения оборудования опережают темпы его замены. Поэтому для обеспечения надежной эксплуатации энергетических агрегатов важное значение имеет расчетная оценка термопрочности и долговечности их элементов, основанная на применении новых методик и расчетных моделей с учетом ряда важных факторов (повреждаемость, неоднородность свойств материала, контактные взаимодействия, наличие трещин, влияние нестационарных температурных полей и т.д.). В работе представлен обзор методического, программного обеспечения и результатов расчетных  исследований термопрочности, ресурса и трещиностойкости элементов паровых турбин, выполненных в Институте проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины в течение последних 15 лет. Расчетная оценка ресурса элементов и узлов энергомашин и обоснование возможности его продления проводились в рамках разработанного авторами нормативного документа для определения расчетного ресурса и живучести роторов и корпусных деталей турбин с наиболее обоснованными коэффициентами запаса. Разработанное методическое обеспечение позволило провести расчеты элементов паровых турбин в новых уточненных постановках с учетом особенностей реальных условий эксплуатации. Разработанная компьютеризованная система диагностирования термонапряженного состояния и срабатывания ресурса высокотемпературных роторов паровых турбин, учитывая реальные режимы работы турбоагрегатов, полученные на основе параметров автоматической системы управления технологическими процессами, позволяет более точно оценить сроки их безаварийной эксплуатации. Приведены постановки и краткий анализ результатов рассмотренных задач термопрочности и ресурса элементов турбин.

 

Ключевые слова: расчетное прогнозирование, термопрочность, ресурс, трещиностойкость, элементы паровых турбин.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Зайцев Б. Ф. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов (модели, методы, результаты исследований): моногр. Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. 370 c.
  2. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Протасова Т. В. Применение полуаналитического метода конечных элементов для решения трехмерных задач термомеханики в цилиндрических координатах. Вестн. НТУ «ХПИ». Серия: Динамика и прочность машин. 2005. Вып. 20. C. 151–160.
  3. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Матюхин Ю. И. Оценка длительной прочности роторов паровых турбин на основе анализа рассеянных повреждений. Проблемы машиностроения. 2007. Т. 10. № 4. С. 71–80.
  4. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Пожидаев А. В., Мамонтов Н. И. Расчетная оценка остаточного ресурса роторов и корпусов паровых турбин. Энергетика и электрификация. 2006. № 12. С. 41–51.
  5. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Мележик И. И. Оценка живучести высокотемпературных элементов турбомашин с трещинами. Вестн. НТУ «ХПИ». Серия: Динамика и прочность машин. 2004. Вып. 19. C. 153–160.
  6. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Мележик И. И. Расчет трещиностойкости элементов конструкций методом конечных элементов. Вестн. НТУ «ХПИ». Серия: Динамика и прочность машин. 2005. Вып. 21. C. 127–132.
  7. Shulzhenko M. G., Gontarovskyi P. P., Garmash N. G., Melezhyk I. I., Protasova T. V. Thermostressed state and crack growth resistance of rotors of the NPP turbine K-1000-60/1500. Strength of Materials. 2010. Vol. 42. Iss. 1. P. 114–119. https://doi.org/10.1007/s11223-010-9197-1
  8. Шульженко М., Гонтаровський П., Гармаш Н., Мележик І. Розрахункове оцінювання розвитку тріщини при циклічному навантаженні з використанням параметрів розсіяних пошкоджень. Вісн. Терноп. нац. техн. ун-ту. 2013. № 3 (71). С. 197–204.
  9. Подгорный А. Н., Гонтаровский П. П., Киркач Б. Н., Матюхин Ю. И., Хавин Г. Л. Задачи контактного взаимодействия элементов конструкций. Киев: Наук. думка, 1989. 232 с.
  10. Гармаш Н. Г. Моделирование термонапряженной посадки турбинного диска на вал. Вестн. НТУ «ХПИ». Серия: Новые решения в современных технологиях. 1999. Вып. 47. С. 13–15.
  11. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Матюхин Ю. И. Развитие расчетных моделей роторов турбомашин для оценки их термонапряженного и вибрационного состояний. Вибрации в технике и технологиях. 2001. № 4 (20). С. 66–69.
  12. Шлыков Ю. П., Ганин Б. А., Царевский С. Н. Контактное термическое сопротивление. М: Энергия, 1977. 328 с.
  13. Гармаш Н. Г., Гонтаровский В. П. Напряженное состояние замкового соединения лопаток газовой турбины в рамках термоконтактной задачи. Проблемы машиностроения. 2001. Т. 4. № 3–4. С. 66–69.
  14. Мележик И. И., Гонтаровский П. П., Шульженко Н. Г. Оценка влияния влажно-паровой среды на кинетику трещин в сосудах энергооборудования. Вестн. двигателестроения. 2011. № 2. С. 175–178.
  15. Шульженко М., Гонтаровський П., Мележик І. Оцінювання впливу агресивного середовища на кінетику тріщин в елементах енергообладнання. Машинознавство. 2011. № 3–4 (165–166). С. 45–49.
  16. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Гармаш Н. Г., Мележик И. И. Оценка развития трещины при многорежимном циклическом нагружении на основе анализа рассеянных повреждений материала. Проблемы машиностроения. 2015. Т. 18. № 4/2. С. 54–58.
  17. Шульженко М. Г., Гонтаровський П. П., Гармаш Н. Г., Мележик І. І. Оцінка розвитку тріщини при циклічному навантаженні пластинчатих елементів із використанням параметрів розсіяних пошкоджень матеріалу. Вісн. НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2017. № 9 (1231). С. 41–44. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2017.09.06
  18. Шульженко М. Г., Гонтаровський П. П., Гармаш Н. Г., Мележик І. І. Розрахункова оцінка розвитку тріщини з контактуючими берегами в плоских елементах конструкцій. Вісн. Запоріз. нац. ун-ту. Фізико-математичні науки. 2017. № 1. С. 365–373.
  19. Гонтаровский П. П., Шульженко Н. Г., Гармаш Н. Г., Мележик И. И. Моделирование роста кольцевой трещины в цилиндрическом элементе конструкции при циклическом нагружении. Вісн. НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2018. № 12 (1288). С. 62–66. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2018.12.11
  20. Шульженко М. Г., Гонтаровський П. П., Матюхін Ю. І., Мележик І. І., Пожидаєв О. В. Визначення розрахункового ресурсу та оцінка живучості роторів і корпусних деталей турбін. Методичні вказівки: СОУ- Н МЕВ 40.1–21677681– 52:2011. К.: ОЕП «ГРІФРЕ»: М-во енергетики та вугільної пром-сті України, 2011. 42 с.
  21. Shulzhenko N. G., Gontarovskii P. P., Matyukhin Yu. I., Garmash G. Numerical analysis of the long-term strength of the rotor disks of steam turbines. Strength of Materials. 2010. Vol. 42. Iss. 4. P. 418–425. https://doi.org/10.1007/s11223-010-9232-2
  22. Шульженко Н. Г., Пожидаев А. В., Глядя А. А., Дедов В. Г. Расчетная оценка остаточного ресурса роторов высокого и среднего давления турбин К-300-240 ХТГЗ ст. № 1–4 Запорожской ТЭС. Проблемы машиностроения. 2004. Т. 7. № 4. С. 3–11.
  23. Шульженко М. Г., Матюхін Ю. І., Гармаш Н. Г., Пожидаєв О. В., Гонтаровський В. П. Методика оперативної оцінки пошкодженості матеріалу ротора турбіни при циклічному навантаженні і повзучості. Проблемы машиностроения. 2011. Т. 14. № 5. С. 46–52.
  24. Шульженко Н. Г., Матюхин Ю. И., Гонтаровский В. П. О длительной прочности высокотемпературной зоны осевого канала роторов паровых турбин. Проблемы машиностроения. 2002. Т. 5. № 1. С. 9–16.
  25. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Матюхин Ю. И. Ресурс диска паровой турбины с начальными дефектами в области разгрузочных отверстий при ползучести. Проблемы машиностроения. 2015. Т. 18. № 2. С. 3–10.
  26. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Протасова Т. В. Влияние тепловых канавок на деформацию цельнокованого ротора при местных неосесимметричных перегревах. Проблемы машиностроения. 2006. Т. 9. № 4. С. 84–89.
  27. Shul’zhenko N. G., Gontarovskii P. P., Protasovsa T. V. Influence of the circumferential non-uniformity in the material mechanical properties on the deformation of the rotors of power-generating units. Strength of Materials. 2014. Vol. 46. Iss. 4. P. 483–492. https://doi.org/10.1007/s11223-014-9573-3
  28. Шульженко Н. Г., Матюхин Ю. И., Гонтаровский П. П., Гришин Н. Н. Оценка разрушающего числа оборотов ротора турбоагрегата АЭС. Проблемы машиностроения. 2004. Т. 7. № 1. С. 55–60.
  29. Мележик И. И., Гонтаровский П. П., Шульженко Н. Г. Расчетная оценка трещиностойкости грибовидного замкового соединения лопатки с диском паровой турбины. Физические и компьютерные технологии: тр. 14-й междунар. науч.-техн. конф. Харьков: Харьк. машиностроит. завод «ФЭД». 2008. С. 478–481.
  30. Гецов Л. Б., Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П. Мележик И. И. Оценка трещиностойкости многоопорных замковых соединений лопаток газотурбинной установки ГТК-10-4. Прочность материалов и ресурс элементов энергооборудования. Труды НПО ЦКТИ. 2009. Вып. 296. С. 355–363.
  31. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Матюхин Ю. И., Гармаш Н. Г. Анализ формоизменения высокотемпературной части корпуса турбины после длительной эксплуатации. Проблемы машиностроения. 2008. Т. 11. № 3. С. 15–23.
  32. Зайцев Б. Ф., Шульженко Н. Г., Асаенок А. В. Напряженно-деформированное состояние и контактные явления в опирании диафрагмы паровой турбины. Проблемы машиностроения. 2006. Т. 9. № 3. С. 35–45.
  33. Shulzhenko N. G., Zaitsev B. F., Asaenok A. V., Protasova T. V. Deformation and vibration-induced stress intensity of a high-temperature turbine rotor with a breathing transverse crack. Strength of Materials. 2017. Vol. 49. Iss. 6. P. 751–759. https://doi.org/10.1007/s11223-018-9920-x
  34. Шульженко М. Г., Гонтаровський П. П., Матюхін Ю. І., Гармаш Н. Г., Гонтаровський В. П. Система діагностики термонапруженого стану і спрацювання ресурсу ротора високого тиску турбіни Т-250/300-240 на стаціонарних та змінних режимах роботи. Проблемы машиностроения. 2013. Т. 16. № 6. С. 8–14.
  35. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Матюхин Ю. И., Гармаш Н. Г., Гонтаровский В. П. Автоматизированная оценка срабатывания ресурса высокотемпературного ротора турбины. Вісн. НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплофізичні процеси й устаткування. 2014. № 13 (1056). С. 39–45.
  36. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Гармаш Н. Г., Ефремов Ю. Г. Диагностирование термонапряженного состояния и оценка срабатывания ресурса роторов высокого и среднего давления турбины Т-250/300-240. Вісн. НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2015. № 16 (1125). С. 32–37. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2015.16.05
  37. Шульженко Н. Г., Гармаш Н. Г., Гонтаровский В. П. Оценка щадящих режимов эксплуатации по термонапряженному состоянию высокотемпературного ротора. Авиац.-косм. техника и технология. 2012. № 8 (95). С. 160–164.
  38. Shulzhenko N. G., Gontarovskii P. P., Garmash N. G., Grishin N. N. Torsional vibrations and damageability of turboset shaftings under extraordinary generator loading. Strength of Materials. 2015. Vol. 47. Iss. 2. P. 227–234. https://doi.org/10.1007/s11223-015-9652-0

 

Поступила в редакцию 23 мая 2018 г.