Оценка ресурса высокотемпературных элементов роторов турбин путем моделирования уменьшения сплошности металла

Проведены расчетно-экспериментальные оценки остаточного ресурса сталей Р2М и ЭИ415 двух уровней прочности (Н и В) по двум методикам — новой и традиционной. Нагружение проводили в течение 300 тыс. ч в условиях, аналогичных тем, в которых работает металл в зоне крепления лопаток в ободе диска первой ступени роторов среднего давления турбин К-300-240 ЛМЗ и ХТЗ. При оценке ресурса учитывали постепенное уменьшение напряжений из-за ползучести путем выделения нескольких этапов с условно постоянными напряжениями. По новой методике остаточный ресурс оценивали по изменению на каждом из этапов суперсплошности металла Ч7 = ш" + \ где ш — сплошность, п — показатель трещинообразования; по традиционной — путем определения относительной поврежденности П по принципу линейного суммирования поврежденности (ЛСП). Установлено, что зависимости от времени П и 97 подчиняются логарифмическому закону, при этом металл поковок В (более прочных) во всех случаях имел больший ресурс, чем поковок Н (менее прочных). Впервые процесс исчерпания ресурса рассмотрен путем анализа суммы двух функций: 97 + П = 1. Показано, что у стали Р2М эта сумма меньше единицы; у стали ЭИ415 она равна единице или превышает ее. Исходя из литературных данных о различиях, которые дает правило ЛСП применительно к относительно вязкому и хрупкому металлу, было предположено, что отклонения от единицы связаны с погрешностью оценки ресурса по принципу ЛСП. Поэтому результат, полученный по новой методике, следует признать более точным. С учетом применения по предлагаемой методике образцов с особо глубоким острым надрезом, в котором гарантировано хрупкое развитие трещин, новый принцип расчета ресурса может быть полезен при определении ресурса у любого вида деталей, металл которых подвержен хрупким разрушениям в процессе эксплуатации в условиях ползучести.

паровая турбина, ротор, обод диска, металл, ползучесть, трещина, ресурс, образец, надрез, сплошность, длительная прочность

1. Резинских В. Ф., Гладштейн В. И., Авруцкий Г. Д. Увеличение ресурса длительно работавших паровых турбин. — М.: Издательский Дом МЭИ, 2007. — 296 с.

2. Кокина Н. Н., Плотинский Л. Е., Голуб Л. В. и др. Марочник стали и сплавов. — М.: ЦНИИТМАШ, 1971. — 484 с.

3. Вебер X. Ползучесть и особенности повреждения теплоустойчивых ферритных сталей / Сб. Докладов конф. «Продление ресурса ТЭС». — М.: ВТИ, 1994. С. 1 - 30.

4. Viswanathan В., Gehl S. М. Life-Assessment Technology for Power-Plant Components / JOM. 1992. February. P 34 - 42.

5. СТО 70238424.27.100.005-2008. Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования. — М.: ИНВЭЛ, 2008. — 685 с.

6. Качалов Л. М. Основы механики разрушения. — М.: Наука, 1974.—311 с.

7. Гладштейн В. И. Методика прогнозирования длительной прочности сталей и сплавов с помощью диаграммы изменения сплошности при длительном нагружении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1996. Т. 62. № 4. С. 55 - 60.

8. Чадек И. Ползучесть металлических материалов. — М.: Мир, 1987. — 302 с.

9. Шестериков С. А. Длительная прочность и ползучесть металлов. — В сб.: Вопросы долговременной прочности энергетического оборудования. Вып. 230. — Л.: ЦКТИ, 1986. — 123 с.

10. Браун У., Сроули Дж. Испытания высокопрочных металлических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. — М.: Мир, 1972. — 245 с.

11. Гладштейн В. И. Микроповреждаемость металла высокотемпературных деталей энергооборудования. — М.: Машиностроение, 2014. — 364 с.

12. Гольденблатт И. И. Длительная прочность в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1977. — 248 с.

13. Бугай Н. В., Березина Т. Г., Трунин И. И. Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования. — М.: Энергоатомиздат, 1994. — 270 с.