Вібронапруженість пошкоджених лопаток парової турбіни після відновлювального ремонту

Автори

М. Г. Шульженко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: mklshulzhenko@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1386-0988

А. С. Ольховський, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: tosky94@gmail.com, ORCID: 0000-0001-5741-4990

Анотація

Лопатки останніх ступенів парових турбін типу К-1000-60/3000 працюють в умовах вологого парового середовища, що призводить до ерозійних пошкоджень і зниження їх залишкового ресурсу. Актуальність даної роботи пов’язана з необхідністю продовжити безпечну експлуатацію робочих лопаток таких турбін. Розглядається декілька варіантів скінченно-елементних моделей окремих лопаток та лопаток в системі диск-лопатки останнього ступеня турбіни зазначеного типу. Наводяться результати чисельного дослідження впливу видалення частин лопаток в зонах ерозійних пошкоджень після відновлювального ремонту на вібраційні характеристики окремих лопаток та лопаток в системі диск-лопатки. Проведено аналіз напружено-деформованого стану за умовного навантаження від паропотоку при вимушених коливаннях окремих лопаток та лопаток в системі диск-лопатки. Навантаження задаються рівномірно розподіленими та лінійно змінними по поверхнях лопаток. Визначається залежність максимальних еквівалентних вібраційних напружень від частоти збудження. Приймається, що фізико-механічні властивості матеріалу лопаток зберігаються (як для вихідного варіанта) після ремонту лопаток і обробки їх поверхонь. Спостерігається значно більше зниження вібронапруженості лопаток в системі диск-лопатки, ніж на окремих лопатках. Наводяться графіки залежності максимальних напружень від частоти збудження для непошкоджених окремих лопаток і лопаток в системі диск-лопатки після їх відновлювального ремонту. Розглядаються різні варіанти видалення частин лопаток в зонах їх вхідних та вихідних кромок. Показано, що зі зменшенням хорд лопаток після ремонту у їх нижніх частинах можуть з’являтися частотні області підвищеної вібрації. В окремих лопатках та лопатках в системі диск-лопатки в нижніх частинах значення максимальних напружень збільшуються в порівнянні зі значеннями в лопатках без пошкоджень. Зі зміною напруженості робочих лопаток в порівнянні з вихідним варіантом лопаток без пошкоджень оцінюється можливість продовження їх ресурсу безпечної експлуатації за багатоциклової утоми. Цей ресурс розглянутих лопаток з хордою не менше 150 мм після відновлювального ремонту може бути продовжений за даними напружень, якщо не порушується циклічна симетрія системи диск-лопатки та зберігаються фізико-механічні властивості матеріалу після обробки зон видалення пошкоджень на вихідних кромках лопаток.

Ключові слова: лопатка, коливання, ерозійні пошкодження, відновлювальний ремонт, продовження ресурсу, тривимірна скінченно-елементна модель, система диск-лопатки, вимушені коливання, амплітудно-частотна характеристика.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. 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.
2. Петухов А. Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 232 с.
3. 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.
4. Костюк А. Г. Динамика и прочность турбомашин. М.: Машиностроение, 1982. 264 с.
5. ТУ 1-5-130-78. Прутки катанные и кованные из титанового сплава. Марка ТС-5. М., 1978. 17 с.
6. 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.
7. 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.
8. 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.

Надійшла до редакції 11 лютого 2021 р.