ОСОБЕННОСТИ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА С ЭРОЗИОННЫМИ ПОВРЕЖДЕНИЯМИ

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2018.04.013
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, № 4, 2018 (декабрь)
Страницы 13-21

 

Авторы

Ю. С. Воробьев, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: vorobiev@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-6595-476X

Н. Ю. Овчарова, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0003-1180-033X

А. С. Ольховский, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

О. В. Махненко, Институт электросварки им. Е. А. Патона НАН Украины (03680, Украина, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11), e-mail: makhnenko@paton.kiev.ua, ORCID: 0000-0002-8583-0163

В. Н. Тороп, Институт электросварки им. Е. А. Патона НАН Украины (03680, Украина, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11)

Е. Е. Гопкало, Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины (01014, Украина, г. Киев, ул. Тимирязевськая, 2), ORCID: 0000-0003-0586-4951

 

Аннотация

Рассматривается влияние эрозионных повреждений на особенности колебаний рабочих лопаток пятой ступени цилиндра низкого давления (ЦНД) паровой турбины К-1000-60/3000 для атомной электростанции (АЭС). Лопатки изготовлены из титанового сплава ТС5 и имеют длину 1200 мм. Заметные эрозионные повреждения наблюдались в лопатках пятой ступени ЦНД после отработки свыше 180 тыс. часов на ОП «Хмельницкая АЭС». Наибольшая опасность возникает за счет образования кратеров и щелеобразных повреждений. Такие повреждения вызывают концентрацию напряжений, что ведет к снижению границы усталости и остаточного ресурса. Радиус в устье (фронте) эрозионного повреждения заметно больше, чем для усталостной трещины. При таких повреждениях контакт берегов повреждений не наблюдается. В процессе исследований была разработана конечноэлементная модель лопатки, имеющая более густую сетку в области повреждений, но менее густую в основном объеме лопатки. Выполнены многовариантные численные исследования колебаний лопаток с разным числом повреждений, расположенных в различных местах по длине лопатки в зоне локализации напряжений, возникающих за счет особенностей форм колебаний. Выявлены особенности распределения напряжений в зонах повреждений. Показано, что увеличение количества повреждений приводит к росту зоны повышенных напряжений, но не вызывает большей их концентрации. Рассмотрены колебания лопаток во время действия нагружений условной величины, что позволило выявить реальные коэффициенты концентрации вибрационных напряжений в местах повреждений. Это дает возможность использовать опыт анализа колебаний компрессорных лопаток из титановых сплавов с повреждениями. Определена степень снижения предела выносливости лопаток из титановых сплавов с повреждениями. Разработаны рекомендации по предупреждению опасных режимов работы лопаток турбин К-1000-60/3000 с повреждениями.

 

Ключевые слова: эрозионные повреждения, колебания, лопатка, ресурс, титановый сплав

 

Литература

  1. Шубенко А. Л., Ковальский А. Э., Воробьев Ю. С., Картмазов Г. Н., Романенко В. Н. Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины. Проблемы машиностроения. Т. 13. № 1. С. 3–10.
  2. Шубенко А. Л., Ковальский А. Э., Воробьев Ю. С., Канило С. П., Романенко В. Н. Влияние эрозии на вибрационные характеристики рабочих лопаток влажно-паровых турбин. Проблемы машиностроения. Т. 6. № 1. С.10–26.
  3. Зиньковский А. П., Токарь И. Г., Круц В. А., Круглий Я. Д. Влияние рассеяния энергии в материале на колебания лопаток с неоднородностями. Авиац.-косм. техника и технология. 2012. № 9 (96). С. 132–137.
  4. Токарь, И. Г., Зиньковский А. П. Влияние параметров локального повреждения регулярной системы на спектр собственных частот колебаний и вибронапряженность однотипных элементов. Проблемы прочности. 2010. № 2. С. 55–64.
  5. Боровков В. М., Гецов Л. Б., Воробьев Ю. С., Копсов А. Я., Петинов С. В., Пигрова Г. Д., Рыбников А. И. Материалы и прочность оборудования ТЭС. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 612 с.
  6. Воробьев Ю. С., Махненко О. В., Овчарова Н. Ю., Берлизова Т. Ю., Кулаков П. Н. Проблемы использования новых материалов для лопаточного аппарата турбомашин. Вісн. НТУ «ХПІ». Сер. Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2016. № 9 (1181). С. 44–49.
  7. Канель Г. И., Разоренов С. В., Уткин А. В., Фортов В. Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах. М.: Янус-К, 1996. 408 c.
  8. Крылов Н. А., Скотникова М. А., Цветкова Г. В., Иванова Г. В. Влияние структуры и фазового состава материала лопаток паровых турбин из титанового сплава на их устойчивость к эрозионному разрушению. Науч.-техн. ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2016. Вып. 3 (249). С. 86–92. https://doi.org/10.5862/JEST.249.10
  9. Петухов А. Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 232 с.
  10. ТУ 1-5-130-78. Прутки катаные и кованые из титанового сплава. Марка ТС5. Введ. 10.05.78. 17 с.

 

Поступила в редакцию 13 июля 2018 г.

Принята в печать