Сопротивление деформированию и разрушению материала диска ротора паровой турбины с учетом наработки в эксплуатации

• Автор: Топоров, Денис Валерьевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ГЛАВА 1. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ДИСКОВ
ПАРОВЫХ ТУРБИН
1.1. Характерные условия работы и типовые повреждения роторов паровых турбин
1.2. Модели и критерии механики малоциклового деформирования и разрушения
1.3. Обзор решения задач малоцикловой усталости и кинетики упругопластического деформирования методами компьютерного моделирования
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДИСКА С УЧЕТОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ
2.1. Расчет параметров нагружения диска
2.2. Определение контактного давления от натяга
инженерным и МКЭ методами
2.3. Построение расчетной схемы, определение общего НДС, зон концентрации напряжений и деформаций диска и обоснование сходимости результатов
2.4. Установка для экспериментальных исследований характеристик сопротивления деформированию и разрушению при статическом и циклическом нагружении
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
КИНЕТИКИ МАЛОЦИКЛОВОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В КРИТИЧЕСКИХ ЗОНАХ ДИСКА ТУРБИНЫ
3.1. Характеристики прочности и пластичности при статическом деформировании гладких и надрезанных образцов
из критических зон диска
3.2. Параметры малоцикловой выносливости и упруго-пластического деформирования гладких и надрезанных образцов из критических зон диска при гармоническом нагружении
3.3. Характеристики малоциклового деформирования образцов при программном нагружении
3.4. Параметры скорости развития трещин в образцах из критических
зон диска при гармоническом и программном нагружении
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НАРАБОТКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДИСКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
4.1. Верификация нелинейной модели кинематического упрочнения в вычислительном комплексе АЦБУБ на модели гладкого цилиндрического образца
4.2. Анализ изменения характеристик прочности, пластичности, долговечности и трещиностойкости материала диска турбины по стадиям наработки в эксплуатации
4.3. Рекомендации по анализу напряженно-деформированного состояния и прогнозированию долговечности дисков паровых турбин
с учетом наработки в эксплуатации
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Основными несущими элементами любого турбоагрегата являются роторы, в которых высокие скорости вращения и температура рабочей среды создают значительные напряжения в металле от действия эксплуатационных нагрузок.
Прогнозирование фактического ресурса роторов паровых турбин в настоящее время является одной из основных задач в сочетании с диагностикой по обеспечению безопасной и надежной эксплуатации роторов с большой наработкой (сверх паркового ресурса). Парковый ресурс роторов, который определяет минимальный гарантированный срок их эксплуатации, составляет от 100 до 270 тысяч часов в зависимости от типа турбины.
При назначении остаточного ресурса и получении показателей надежности ротора исходят из запасов прочности и долговечности основных его деталей, одной из которых является насадной диск - промежуточный элемент комбинированного ротора низкого (среднего) давления (РИД, РСД).
Насадные диски, работая в условиях коррозионно-активной среды, воспринимают передачу крутящего мо лента ротор а и несут нагрузку от]/' ../ц; центробежных сил собственной массы, контурную нагрузку от рабочих лопаток и контактную нагрузку, обусловленную натягом.
В период средних и капитальных ремонтов, при проведении типовых регламентных работ по неразрушающему контролю металла, достаточно часто имеют место случаи обнаружения дефектов типа трещин в зонах конструктивных концентраторов напряжений.
Ресурс элемента турбомашины оценивается как время его работы до наступления предельного состояния, при котором дальнейшее его применение становится недопустимым или нецелесообразным. Предельным состоянием для роторов является появление в нем макротрещины, размеры которой превышают нормы, после чего эксплуатация без выполнения специальных мероприятий по восстановлению надежности недопустима.

В результате проведенного расчета в упруго-пластической постановке определены значения максимальных напряжений в диске, которые сосредоточены в области радиусных сопряжений осевого шпоночного паза и составляют 834 МПа.
В связи с этим, целесообразным является рассмотрение напряженно-деформированного состояния диска в зоне радиусного сопряжения шпоночного паза с учетом приложения контактной нагрузки к поверхности ступицы при различных условиях нагружения.
Для более подробного исследования данной области удобным является проведение упруго-пластического расчета с применением метода субмоделирования [69].
Принцип субмоделирования заключается в том, что на первом этапе проводится расчет по грубой модели. Затем из нее выделяется интересующая область (подмодель), в ней генерируется более мелкая сетка (рис. 2.3.5.), и по границам полученной области задаются перемещения, полученные из расчета по грубой модели. Таким образом, смещения, полученные на границе между грубой моделью и подмоделью, задаются в качестве граничных условий для подмодели. Субмоделирование базируется на принципе Сен-Венана, который утверждает что, если фактическое распределение сил заменено статически эквивалентной системой, то распределение напряжений и деформаций на удалении от места приложения нагружения, не изменяется. Подразумевается, что эффекты концентрации напряжений локализованы около концентраторов. Поэтому, если границы подмодели расположены достаточно далеко от концентраторов напряжения, то в подмодели могут быть получены корректные результаты. Таким образом, принцип субмоделирования предполагает, что границы исследуемой области достаточно далеки от зоны концентрации напряжения.