Напряженно-деформированное состояние и остаточная долговечность насадного диска паровой турбины с повреждением в шпоночном пазу

• Автор: Яруллин, Рустам Раисович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ГЛАВА 1. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПОВРЕЖДЕНИЯ ДИСКОВ
ПАРОВЫХ ТУРБИН
1.1. Силовые факторы нагружения насадных дисков в составе ротора при эксплуатации
1 |
1.2. Критические зоны накопления и развития эксплуатационных повреждений в насадных дисках
1.3. Традиционные методы регламентных работ и ремонтных технологий
1.4. Методы прогнозирования остаточного ресурса дисков турбин*, (имитационное моделирование)
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
ОСТАТОЧНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДИСКОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН НА СТАДИИ РАЗВИТИЯ
ПОВРЕЖДЕНИЙ
2.1. Общий алгоритм прогнозирования остаточной долговечности на стадии роста трещин
2.2. Разработка метода подконструкций для моделирования повреждений шпоночного паза и обоснование топологии расчетной схемы МКЭ для трещины четвертьэллиптической формы в плане
2.3. Модель напряженно-деформированного состояния и коэффициенты интенсивности напряжений для уголковой трещины в диске
2.4. Разработка модели прогнозирования роста трещины и остаточной долговечности
ГЛАВА 3. ПАРАМЕТРЫ ОБЩЕГО И ЛОКАЛЬНОГО НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАСАДНОГО ДИСКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ В ИСХОДНОМ И ПОВРЕЖДЕННОМ СОСТОЯНИЯХ

3.1. Расчет контурной нагрузки в вильчатом замковом соединении лопатки с диском и контактного давления при посадке диска на вал турбины
3.2. Расчет упруго-пластических полей напряжений и деформаций в диске турбины для эксплуатационных условий нагружения
3.3. Полярные распределения упруго-пластических напряжений для шпоночного паза с уголковой трещиной и кинетика зон пластической деформации вдоль фронта трещины
I '
ГЛАВА 4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДИСКА ТУРБИНЫ С ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ПОВРЕЖДЕНИЕМ
4.1. Расчет упруго-пластических коэффициентов интенсивности напряжений в шпоночном пазу для различной геометрии уголковой трещины
4.2. Прогнозирование остаточной долговечности диска паровой турбины на стадии развития повреждений
4.3. Рекомендации по вариантам ремонтных технологий продольного шпоночного паза
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
При оценке гарантированной продолжительности надежной работы турбинного оборудования применяется понятие паркового ресурса' -наработки однотипных по конструкции, маркам стали и условиям эксплуатации элементов теплоэнергетического оборудования, которая обеспечивает их безаварийную работу при соблюдении требований
I >
инструкции,по эксплуатации. Парковый ресурс для роторов паровых турбин составляет 100 тыс. часов.
В настоящее время-значительная часть роторов паровых турбин близка к исчерпанию паркового ресурса либо полностью его* выработала и эксплуатируется на1 основании индивидуальных решений по фактическому техническому состоянию.
Критические с точки зрения несущей способности-и ресурса-элементы, конструкций, как правило, содержат технологические и конструктивные концентраторы напряжений, что не позволяет исключить при. эксплуатационных условиях нагружения возникновения в них локальных пластических деформаций. Более того, именно в этих областях с течением времени накапливаются повреждения, приводящие к образованию и развитию микро- и макротрещин.
К таким элементам энергетического оборудования можно отнести насадные диски паровых турбин, которые по своему назначению и условиям эксплуатации являются наиболее напряженными и ответственными деталями ротора турбины.
В этой связи в настоящей работе поставлена цель разработки методики определения напряженно-деформированного состояния и прогнозирования на его основе остаточного ресурса насадных дисков ротора паровой турбины с учетом образования' и развития повреждений в зонах конструктивной концентрации напряжений. На основе анализа распределений параметров НДС в области вершины трещины,

циклической симметрии, позволяющие перейти от полноразмерной модели к ее части в виде четверти цилиндра. Топология расчетной схемы представлена на рис.2.6.
а) б)
Рис. 2.6. Типичная сетка конечных элементов: а) общий вид; б) увеличенная область трещины
Распределение номинальных окружных, радиальных и осевых напряжений в гладкой части цилиндра от действия внутреннего давления и осевой силы можно вычислить по формулам [133; 135]:
где Я и Я0 - внутренний и внешний диаметры цилиндра; Р — внутреннее давление; 1Ч-осевая нагрузка; г - расстояние по сечению цилиндра, для которого определяются искомые напряжения.
Сравнительный анализ значений окружных и радиальных напряжений по сечению цилиндра на удалении от трещины, полученных аналитическим
(2.1)