Прогнозирование долговечности рабочих колес центробежных насосных агрегатов при перекачивании тяжелых нефтепродуктов

• Автор: Девятов, Азамат Ришатович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Классификация, преимущества и принцип действия центробежных

насосных агрегатов

1.2 Основные повреждения конструктивных элементов и деталей

центробежных насосных агрегатов в процессе эксплуатации

1.3 Анализ существующей системы обеспечения безотказной работы

центробежных насосных агрегатов

1.4 Методики расчета напряженно-деформированного состояния

рабочих колес центробежных насосных агрегатов

1.5 Разрушение элементов оборудования при многоцикловом
нагружении
1.5.1 Полная кривая усталости
1.5.2 Многоцикловая усталость конструкционных материалов
1.5.3 Основные стадии и механические модели повреждений
1.5.4 Применение силовых уравнений к расчетам на многоцикловую
усталость
2 Описание объекта исследования
2.1 Назначение и технические характеристики
2.2 Режимы работы насосного агрегата марки НК 210/200
2.3 Статистика по ремонту деталей и узлов насосных агрегатов марки
НК 210/200
3 Исследование механических свойств металла рабочего колеса
3.1 Фрактографический анализ излома диска рабочего колеса
3.2 Микроструктурный анализ образцов из рабочего колеса
3.3 Определение механических свойств металла рабочего колеса после
эксплуатации по результатам замеров твердости

3.4 Экспериментальное определение характеристик сопротивления
усталости стали 25Л
4 Г идродинамический расчет проточной части центробежного насосного агрегата в программе FLOW VISION 2.3.3
4.1 Методика расчета гидродинамики проточной части центробежных насосных агрегатов в ПК FLOW VISION 2.3.3
4.1.1 Состав и назначение основных моделей пакета
4.1.2 Подготовка и импорт геометрии из CAD системы на примере центробежного насосного агрегата
4.1.3 Физико-математическая постановка задачи к расчету в препроцессоре
4.1.4 Начало расчетов и моделирование с помощью солвера
4.1.5 Работа в постпроцессоре и визуализация результатов
4.2 Исходные данные для расчета
4.3 Результаты расчета
5 Анализ изменения напряженного состояния рабочего колеса насосного агрегата в ПК ANSYS
5.1 Методика расчета
5.2 Исходные данные для расчета
5.3 Результаты расчета для стали 25Л
6 Оценка долговечности рабочих колес для различных режимов

работы насосных агрегатов
6.1 Расчет долговечности на основе силовых уравнений разрушения
6.2 Определение поправочной функции к уравнению повреждений силового типа для расчета на многоцикловую усталость
6.3 Зависимость долговечности рабочего колеса от режима работы насосного агрегата
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложения

Введение
Актуальность работы
На предприятиях нефтепереработки центробежные насосные агрегаты (ЦНА) являются одним из основных видов машин, предназначенных для перекачивания различного рода жидкостей. Такая ситуация обусловлена их существенными преимуществами над другими типами насосов. В первую очередь следует отметить равномерность и широкие границы регулирования расхода при относительно высоком коэффициент полезного действия, возможность непосредственного соединения с высокоскоростными электродвигателями и газовыми турбинами, небольшие габаритные размеры и вес. Как известно из работ В.В. Болотина, Д.Н. Решетова, Т.П. Иванова, И.А. Биргера, В.П. Чиркова, Р. Хевиленда и др. в области прогнозирования ресурса и надежности машин, безаварийная работа насосного агрегата в значительной степени зависит не только от правильного выбора и обеспечения основных конструкторских решений при проектировании и изготовлении, но и от условий эксплуатации. При этом нестационарный режим эксплуатации насосных агрегатов может быть связан с нестабильной загрузкой по сырью технологических установок.
Одной из основных проблем прогнозирования ресурса и надежности деталей машин, изделий и механизмов является предотвращение преждевременных разрушений вследствие действия периодически повторяющихся нагрузок, вызывающих явление усталости металла. Статистические исследования показывают, что около 90 % всех разрушений элементов конструкций и деталей машин в промышленности и на транспорте происходит в результате действия повторно-переменных нагрузок. Изучению природы усталостных разрушений и методов расчета усталостной долговечности деталей машин посвящены работы С.В. Серенсена,
B.C. Ивановой, A.A. Шанявского, H.A. Махутова, В.Ф. Терентьева, А.П. Гусенкова, В.П. Когаева, Ю.Н. Работнова, В.Т. Трощенко, П.А. Павлова.
В процессе эксплуатации ЦНА на предприятиях нефтепереработки
Между областями мало- и многоцикловой усталости лежит переходная область, к которой относятся напряжения между сг^и ак - критическим напряжением; су” может совпадать с динамическим пределом текучести. Следует отметить, что деление на малоцикловую и многоцикловую усталость материалов довольно условно, хотя в целом оправданно. В соответствии с ГОСТ 25.502-79 число циклов 5-104 является условной границей мало- и многоцикловой усталости.
Участок III является областью малоцикловой усталости на поверхности разрушения можно отчетливо выделить зону усталостного излома. На этом участке усталостного разрушения пластические деформации накапливаются менее интенсивно, чем при циклической ползучести. Петля гистерезиса после определенного числа циклов закрывается и разрушению предшествует образование усталостной трещины. Переход от циклической ползучести к собственно малоцикловой усталости сопровождается изменением механизма макропластического деформирования материала и в некоторых случаях перегибом кривой усталости. При фрактографических исследованиях усталостный тип излома в случае малоциклового разрушения характеризуется тем, что зона окончательного разрушения находится в центральной части образца. Это связано с однородными условиями распространения усталостных трещин из многочисленных мест их зарождения [102, 103].
Область IV - переходная, в которой для некоторых материалов обнаруживается разрыв кривой усталости (см. рисунок 1.3). Переход через точку сгк при снижении уровня напряжения циклического нагружения связан со сменой масштабного уровня накопления повреждений в материале в связи с тем, что до перехода реализуется макроскопическая деформация, а после перехода происходит локализация пластической деформации в поверхностных слоях металла. В области перехода через указанный критический уровень напряжения наблюдается проявление одновременно двух видов разрушения материала - по телу (одни образцы) и по границам зерен (другие образцы). Однако определить величину динамического предела текучести оказывается