ОСОБЛИВОСТІ КОЛИВАНЬ ЛОПАТОК З ТИТАНОВОГО СПЛАВУ З ЕРОЗІЙНИМИ ПОШКОДЖЕННЯМИ

Автори

Ю. С. Воробйов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: vorobiev@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-6595-476X

Н. Ю. Овчарова, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0003-1180-033X

А. С. Ольховський, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10)

О. В. Махненко, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України (03680, Україна, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11), e-mail: makhnenko@paton.kiev.ua, ORCID: 0000-0002-8583-0163

В. М. Тороп, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України (03680, Україна, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11)

О. Є. Гопкало, Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України (01014, Україна, м. Київ, вул. Тимірязєвська, 2), ORCID: 0000-0003-0586-4951

Анотація

Розглядається вплив ерозійних пошкоджень на особливості коливань робочих лопаток п’ятого ступеня циліндра низького тиску (ЦНТ) парової турбіни К-1000-60/3000 для атомної електростанції (АЕС). Лопатки виготовлені з титанового сплаву ТС5 і мають довжину 1200 мм. Помітні ерозійні пошкодження спостерігалися в лопатках п’ятого ступеня ЦНТ після відпрацювання понад 180 тис. годин на ВП «Хмельницька АЕС». Найбільша небезпека виникає за рахунок утворення кратерів і щілиноподібних пошкоджень. Такі пошкодження викликають концентрацію напружень, що веде до зниження межі утоми і залишкового ресурсу. Радіус в усті (фронті) ерозійного пошкодження помітно більше, ніж для утомної тріщини. За таких пошкоджень контакту берегів пошкоджень не спостерігається. В процесі досліджень була розроблена скінченноелементна модель лопатки, що має більш густу сітку в області пошкоджень, але менш густу в основному об’ємі лопатки. Виконано багатоваріантні чисельні дослідження коливань лопаток з різною кількістю пошкоджень, які розташовані в різних місцях по довжині лопатки в зоні локалізації напружень, що виникає за рахунок особливостей форм коливань. Виявлено особливості розподілу напружень в зонах пошкоджень. Показано, що збільшення кількості пошкоджень призводить до зростання зони підвищених напружень, але не викликає більшої їх концентрації. Розглянуто коливання лопаток під час дії навантажень умовної величини, що дозволило виявити реальні коефіцієнти концентрації вібраційних напружень в місцях пошкоджень. Це дає можливість використати досвід аналізу коливань компресорних лопаток з титанових сплавів з пошкодженнями. Виявлено ступінь зниження межі витривалості лопаток з титанових сплавів з пошкодженнями. Розроблено рекомендації щодо запобігання небезпечним режимам роботи лопаток турбін К-1000-60/3000 з пошкодженнями.

Ключові слова: ерозійні пошкодження, коливання, лопатка, ресурс, титановий сплав.

Повний текст: завантажити PDF

Література

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. 2010. 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. 2003. 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.

Надійшла до редакції 13 липня 2018 р.