| DOI | https://doi.org/10.15407/pmach2021.01.042 |
| Журнал | Проблемы машиностроения |
| Издатель | Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины |
| ISSN | 2709-2984 (print), 2709-2992 (online) |
| Выпуск | Том 24, № 1, 2021 (март) |
| Страницы | 42–52 |
Авторы
Н. Г. Шульженко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: mklshulzhenko@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1386-0988
А. С. Ольховский, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: tosky94@gmail.com, ORCID: 0000-0001-5741-4990
Аннотация
Лопатки последних ступеней паровых турбин типа К-1000-60/3000 работают в условиях влажной паровой среды, что приводит к эрозионным повреждениям и снижению их остаточного ресурса. Актуальность данной работы связана с необходимостью продлить безопасную эксплуатацию рабочих лопаток таких турбин. Рассматривается несколько вариантов конечно-элементных моделей отдельных лопаток и лопаток в системе диск-лопатки последней ступени турбины указанного типа. Приводятся результаты численного исследования удаления частей лопаток в зонах эрозионных повреждений после восстановительного ремонта на вибрационные характеристики отдельных лопаток и лопаток в системе диск-лопатки. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния при условной нагрузке от паропотока при вынужденных колебаниях отдельных лопаток и лопаток в системе диск-лопатки. Нагрузки задаются равномерно распределенными и линейно переменными по поверхностям лопаток. Определяются зависимости максимальных эквивалентных вибрационных напряжений от частоты возбуждения. Принимается, что физико-механические свойства материала лопаток сохраняются (как для исходного варианта) после ремонта лопаток и обработки их поверхностей. Наблюдается значительно большее снижение вибронапряженности лопаток в системе диск-лопатки, чем на отдельных лопатках. Приводятся графики зависимости максимальных напряжений от частоты возбуждения для неповрежденных отдельных лопаток и лопаток в системе диск-лопатки после их восстановительного ремонта. Рассматриваются различные варианты удаления части лопаток в зонах их входных и выходных кромок. Показано, что при уменьшении хорд лопаток после ремонта в их нижних частях могут появляться частотные области повышенной вибрации. В отдельных лопатках и лопатках в системе диск-лопатки в нижних частях значения максимальных напряжений увеличиваются по сравнению со значениями в лопатках без повреждений. По изменению напряженности рабочих лопаток в сравнении с исходным вариантом лопаток без повреждений оценивается возможность продления их ресурса безопасной эксплуатации при многоцикловой усталости. Этот ресурс рассматриваемых лопаток с хордой не менее 150 мм после восстановительного ремонта может быть продлен по данным напряжений, если не нарушается циклическая симметрия системы диск-лопатки и сохраняются физико-механические свойства материала после обработки зон удаления повреждений на выходных кромках лопаток.
Ключевые слова: лопатка, колебания, эрозионные повреждения, восстановительный ремонт, продление ресурса, трехмерная конечно-элементная модель, система диск-лопатки, вынужденные колебания, амплитудно-частотная характеристика.
Литература
- Тороп В. М., Махненко О. В., Сапрыкина Г. Ю., Гопкало Е. Е. Результаты исследований причин образования трещин в лопатках из титанового сплава паровых турбин типа К-1000-60/3000. Техн. диагностика и неразрушающий контроль. 2018. № 2. С. 3–15.
- Петухов А. Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 232 с.
- Vorobiov Yu. S., Ovcharova N. Yu., Olkhovskyi A. S, Makhnenko O. V., Torop V. M., Hopkalo O. Ye. Vibration Featuring of Titanium Alloy Blades with Erosive Damages. J. Mech. Eng. 2018. No. 4. Р. 13–21. https://doi.org/10.15407/pmach2018.04.013.
- Костюк А. Г. Динамика и прочность турбомашин. М.: Машиностроение, 1982. 264 с.
- ТУ 1-5-130-78. Прутки катанные и кованные из титанового сплава. Марка ТС-5. М., 1978. 17 с.
- Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Зайцев Б. Ф.. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов. Модели, методы, результаты исследований. Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011. 370 с.
- Шульженко М., Гонтаровський П., Матюхін Ю., Мележик І., Пожидаєв О. Визначення розрахункового ресурсу та оцінка живучості роторів і корпусних деталей турбін. Методичні вказівки. СОУ-НМЕВ 40.1-21677681-52:2011. ОЕП «ГРІФРЕ». – 2011. 42 с.
- Шульженко М. Г., Ольховський А. С. Розробка рекомендацій щодо подовження ресурсу робочих лопаток після відновлювального ремонту останнього ступеня парової турбіни К-1000-60/3000 енергоблоків ВВЕР-1000. Надійність і довговічність матеріалів, конструкцій, обладнання та споруд: Зб. наук. статей за результатами, отриманими в 2016–2020 рр. К.: Ін-т електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, 2020. 733 с.
Поступила в редакцию 11 февраля 2021 г.