Расчетное прогнозирование термопрочности и ресурса элементов паровых турбин
Ключевые слова:
расчетное прогнозирование, термопрочность, ресурс, трещиностойкость, элементы паровых турбинАннотация
Эффективная и надежная работа энергетических агрегатов тесно связана с обеспечением термопрочности и долговечности их элементов и узлов. Требования современного энергорынка приводят к эксплуатации оборудования на переменных режимах, что вызывает ускоренное срабатывание его ресурса. Проблема продления ресурса энергомашин приобретает все большее значения в связи с тем, что процессы старения оборудования опережают темпы его замены. Поэтому для обеспечения надежной эксплуатации энергетических агрегатов важное значение имеет расчетная оценка термопрочности и долговечности их элементов, основанная на применении новых методик и расчетных моделей с учетом ряда важных факторов (повреждаемость, неоднородность свойств материала, контактные взаимодействия, наличие трещин, влияние нестационарных температурных полей и т.д.). В работе представлен обзор методического, программного обеспечения и результатов расчетных исследований термопрочности, ресурса и трещиностойкости элементов паровых турбин, выполненных в Институте проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины в течение последних 15 лет. Расчетная оценка ресурса элементов и узлов энергомашин и обоснование возможности его продления проводились в рамках разработанного авторами нормативного документа для определения расчетного ресурса и живучести роторов и корпусных деталей турбин с наиболее обоснованными коэффициентами запаса. Разработанное методическое обеспечение позволило провести расчеты элементов паровых турбин в новых уточненных постановках с учетом особенностей реальных условий эксплуатации. Разработанная компьютеризованная система диагностирования термонапряженного состояния и срабатывания ресурса высокотемпературных роторов паровых турбин, учитывая реальные режимы работы турбоагрегатов, полученные на основе параметров автоматической системы управления технологическими процессами, позволяет более точно оценить сроки их безаварийной эксплуатации. Приведены постановки и краткий анализ результатов рассмотренных задач термопрочности и ресурса элементов турбин.Библиографические ссылки
Shulzhenko, M.G., Gontarovskiy, P.P. & Zajtsev, B.Ph. (2011). Zadachi termoprochnosti, vibrodiagnostiki i resursa energoagregatov (modeli, metody, rezul'taty issledovanii): monogr. [Problems of thermal strength, vibrodiagnostics and resource of power units (models, methods, research results): monograph.]Saarbrücken,Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG [in Russian].
Shulzhenko, М.G., Gontarowsky, P.P. & Protasova, T.V. (2004). Primenenie poluanaliticheskogo metoda konechnykh elementov dlya resheniya trekhmernykh zadach termomekhaniki v tsilindricheskikh koordinatakh. [Employing the semi-analytical finite-element method for bodies of rotation thermalsStressed state design]. Vestn. NTU «KhPI». Ser. Dinamika i prochnost mashin [NTU 'KhPI' Bulletin. Series: Dynamics and Strength of Machines], iss. 20, pp. 151–160 [in Russian].
Shul`zhenko, N.G., Gontarovsky, P.P. & Matyukhin, Yu.I. (2007). Otsenka dlitel'noi prochnosti rotorov parovykh turbin na osnove analiza rasseyannykh povrezhdenii [Estimating the long-term strength of steam turbine rotors based on analysing scattered faults] Problemy mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 10, no. 4, pp. 71–80 [in Russian].
Shulzhenko, M.G., Gontarovskiy, P.P., Pozhidaev, А.V. & Mamontov N.I. (2006). Raschetnaya otsenka ostatochnogo resursa rotorov i korpusov parovykh turbin [Estimated evaluation of the residual life of rotors and hulls of steam turbines]. Energetika i elektrifikatsiya [Power and Electrification], no. 12, pp. 41–51 [in Russian].
Shulzhenko, M.G., Gontarowsky, P.P. & Melezhyk, I.I.(2004). Otsenka zhivuchesti vysokotemperaturnykh elementov turbomashin s treshchinami [The technique of estimating the life of high-temperature components of turbomachines with cracks]. Vestn. NTU «KhPI». Ser. Dinamika i prochnost mashin [NTU 'KhPI' Bulletin. Series: Dynamics and Strength of Machines], iss. 19, pp. 153–160 [in Russian].
Shulzhenko, M.G., Gontarowsky, P.P. & Melezhyk, I.I. (2005). Raschet treshchinostoikosti elementov konstruktsii metodom konechnykh elementov [Calculation of two-dimensional structure elements Crack resistance using FEM]. Vestn. NTU «KhPI». Ser. Dinamika i prochnost mashin [NTU 'KhPI' Bulletin. Series: Dynamics and Strength of Machines], iss. 21, pp. 127–132 [in Russian].
Shul’zhenko, M.G., Gontarovskyi, P.P., Garmash, N.G., Melezhyk, I.I. & Protasova, T.V. (2010). Thermostressed state and crack growth resistance of rotors of the NPP turbine K-1000-60/1500. Strength of Materials, vol. 42, iss. 1, pp. 114–119. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-010-9197-1
Shulzhenko, M., Gontarowsky, P., Garmash, N. & Melezhik, I.(2013). Rozrakhunkove otsinyuvannya rozvytku trishchyny pry tsyklichnomu navantazhenni z vykorystannyam parametriv rozsiyanykh poshkodzhen [Computation estimation of the crack development under cyclic loading using dissipated damages parameters]. Visn. Ternop. nats. tekhn. un-tu [Scientific Journal of theTernopilNationalTechnicalUniversity], no. 3(71), pp. 197–204 [in Ukrainian].
Podgorny, A.N., Gontarovskiy, P.P., Kirkach, B.N., Matyukhin, Yu.I. & Havin, G.L. (1989). Zadachi kontaktnogo vzaimodeistviya elementov konstruktsii [Problems of contact interaction of structural elements]. Kyiv: Nauk. dumka [in Russian].
Garmash, N.G. (1999). Modelirovanie termonapryazhennoi posadki turbinnogo diska na val [Modeling of a thermally stressed landing of a turbine disk on a shaft]. Vestn. NTU «KhPI». Novye resheniya v sovremennykh tekhnologiyakh [Vestn. NTU 'KhPI'. New Solutions in Modern Technologies], Kharkiv, iss. 47. pp. 13–15 [in Russian].
Shulzhenko, N.G., Gontarowsky, P.P. & Matyukhin, Y.I. (2001). Razvitie raschetnykh modelei rotorov turbomashin dlya otsenki ikh termonapryazhennogo i vibratsionnogo sostoyanii [Development of design models of turbomachine rotors for evaluating their thermostressed and vibration states]. Vibratsii v tekhnike i tekhnologiyakh [Vibration in engineering and technology], no. 4 (20), pp. 66–69 [in Russian].
Shlykov, Yu.P., Ganin, B.A. & Tsarevsky, S.N. (1977). Kontaktnoe termicheskoe soprotivlenie [Contact thermal resistance].Moscow: Energiya [in Russian].
Garmash, N.G. & Gontarovsky, V.P. (2001). Napryazhennoe sostoyanie zamkovogo soedineniya lopatok gazovoi turbiny v ramkakh termokontaktnoi zadachi [Tension of connection stiffness of vanes of a combustion turbine in the framework of the thermocontact task]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 4, no. 3-4, pp. 66–69 [in Russian].
Melezhyk, I.I., Gontarovsky, P.P. & Shulzhenko, M.G. (2011). Otsenka vliyaniya vlazhno-parovoi sredy na kinetiku treshchin v sosudakh energooborudovaniya [Estimation of influence of wet-steam environment on cracks kinetics in energy equipment vessels]. Vestn. dvigatelestroeniya [Herald of Aeroenginebuilding], no. 2, pp. 175–178 [in Russian].
Shulzhenko, M., Gontarovsky, P. & Melezhyk, I.(2011). Otsinyuvannya vplyvu ahresyvnoho seredovyshcha na kinetyku trishchyn v elementakh enerhoobladnannya [Estimation of influence of a hostile environment on cracks kinetics in power equipment elements]. Mashynoznavstvo [Mechanical Engineering], no. 3–4 (165–166), pp. 45–49 [in Russian].
Shulzhenko, N.G., Gontarovskiy, P.P., Garmash, N.G. & Melezhik, I.I. (2015). Otsenka razvitiya treshchiny pri mnogorezhimnom tsiklicheskom nagruzhenii na osnove analiza rasseyannykh povrezhdenii materiala [Assessment of crack evolution under multi-mode cyclic loading based on material scattered damage analysis]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 18, no. 4/2, pp. 54–58 [in Russian].
Shulzhenko, M., Gontarovskiy, P., Garmash, N. & Melezhyk, I.(2017). Otsinka rozvytku trishchyny pry tsyklichnomu navantazhenni plastynchatykh elementiv iz vykorystannyam parametriv rozsiyanykh poshkodzhen materialu [Evaluation of the crack development at a cyclic loading of plate elements using the parameters of scattered damages of the material]. Visn. NTU «KHPI»: Enerhetychni ta teplotekhnichni protsesy y ustatkuvannya [Bulletin of NTU 'KhPI': Power and Heat Engineering Processes and Equipment], no. 9 (1231), pp. 41–44 [in Ukrainian]. doi: https://doi.org/10.20998/2078-774X.2017.09.06.
Shulzhenko, N.G., Gontarovskiy, P.P., Garmash, N.G. & Melezhyk, І.І. (2017). Rozrakhunkova otsinka rozvytku trishchyny z kontaktuyuchymy berehamy v ploskykh elementakh konstruktsiy [Computation estimation of the crack development with crack edges contact of plane structural elements]. Visn. Zaporiz. nats. un-tu. Fizyko-matematychni nauky [Bulletin of Zaporizhzhya National University. Physical and Mathematical Sciences], no. 1, pp. 365–373 [in Ukrainian].
Shulzhenko, N., Gontarovskiy, P., Garmash, N. & Melezhyk, I.(2018). Modelirovanie rosta kol'tsevoi treshchiny v tsilindricheskom elemente konstruktsii pri tsiklicheskom nagruzhenii [Modeling the growth of the ring crack in the cylindrical elements of the construction under cyclic loading]. Visn. NTU «KHPI». Ser. Enerhetychni ta teplotekhnichni protsesy y ustatkuvannya [Bulletin of NTU 'KhPI'. Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment], no. 12 (1288), pp. 62–66 [in Russian] doi: https://doi.org/10.20998/2078-774X.201812.11.
Shulzhenko, M.G., Gontarovskiy, P.P., Matyukhin, Yu.I., Melezhyk, І.І. & Pozhidaev, А.V. (2011). Vyznachennya rozrakhunkovoho resursu ta otsinka zhyvuchosti rotoriv i korpusnykh detaley turbin [Determination of the calculated resource and evaluation of the viability of the rotors and body parts of the turbines] Methodological guidelines: normative document. SOU-N MEV 0.1–21677681–52:2011: approved by the Ministry of Energy and Coal Mining of Ukraine: effective as of 07.07.11. Kyiv: Ministry of Energy and Coal Mining ofUkraine [in Ukrainian].
Shul’zhenko, N.G, Gontarovskii, P.P., Matyukhin, Yu.I. & Garmash, N.G. (2010). Numerical Analysis of the Long-Term Strength of the Rotor Disks of Steam Turbines. Strength of Materials, vol. 42, iss. 4, pp. 418–425. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-010-9232-2.
Shulzhenko, N.G., Pozhidaev, А.V., Glyadya, А.А. & Dedov, V.G. (2004). Raschetnaya otsenka ostatochnogo resursa rotorov vysokogo i srednego davleniya turbin K-300-240 KhTGZ st. № 1–4 Zaporozhskoi TES [Numeical evaluation of the residual life for high-pressure and intermediate-pressure of the turbines K-300-240 KhTGZ at stage No. 1–4 of the Zaporizhia steam power plant]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 7, no. 4, pp. 3–11 [in Russian].
Shul’zhenko, N. G., Matyukhin, Yu.I., Garmash, N.G., Pozhidaev, A.V. & Gontarovskiy, V.P. (2011). Metodyka operatyvnoyi otsinky poshkodzhenosti materialu rotora turbiny pry tsyklichnomu navantazhenni i povzuchosti [Methodology of operative estimation of damage a material of the turbine rotor at cyclic loading and creep]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 14, no. 5, pp. 17–23 [in Ukrainian].
Shulzhenko, N.G., Matyukhin, Yu.I. & Gontarowsky, V.P. (2002). O dlitelnoi prochnosti vysokotemperaturnoi zony osevogo kanala rotorov parovykh turbin [On the long-term creep strength for steam turbines rotors axial channel high-temperature zone]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 5, no. 1, pp. 9–16 [in Russian].
Shulzhenko, M.G., Gontarovskiy, P.P. & Matiukhin, I.I. (2015). Resurs diska parovoi turbiny s nachal'nymi defektami v oblasti razgruzochnykh otverstii pri polzuchesti [Steam turbine disk resource with initial defects of discharge openings area under creep]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 18, no. 2, pp. 3–10 [in Russian].
Shul`zhenko, N.G., Gontarovsky, P.P. & Protasova, T.V. (2006). Vliyanie teplovykh kanavok na deformatsiyu tsel'nokovanogo rotora pri mestnykh neosesimmetrichnykh peregrevakh [Effect of thermal grooves on strain of the solid-forged rotor at local nonaxisymmetric overheating]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 9, no. 4, pp. 84 – 89 [in Russian].
Shul’zhenko, N.G., Gontarovskii, P.P. & Protasovsa, T.V. (2014). Influence of the Circumferential Non-Uniformity in the Material Mechanical Properties on the Deformation of the Rotors of Power-Generating Units. Strength of materials, vol. 46, iss. 4, pp. 483–492. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-014-9573-3.
Shul`zhenko, N.G., Matyukhin, Yu.I., Gontarowsky, P.P. & Grishin, N.N. (2004). Otsenka razrushayushchego chisla oborotov rotora turboagregata AES [Estimation of destructive rotational speed of nuclear power plant turbo-set rotor]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 7, no. 1, pp. 55–60 [in Russian].
Melezhyk, I.I., Gontarovsky, P.P. & Shulzhenko, M.G. (2008). Raschetnaya otsenka treshchinostoikosti gribovidnogo zamkovogo soedineniya lopatki s diskom parovoi turbiny [A calculation crack resistance estimation of mushroom type root joint of steam turbine]. Physical and computer technologies: Proceedings 14-th international. scientific-techn. Conf. Kharkiv: Kharkiv. Mashinostroyit. factory 'FED', pp. 478–481 [in Russian].
Getsov, L.B., Shulzhenko, N.G., Gontarovsky, P.P. & Melezhyk, I.I. (2009). Otsenka treshchinostoikosti mnogoopornykh zamkovykh soedinenii lopatok gazoturbinnoi ustanovki GTK-10-4 [Evaluation of the crack resistance of multi-pivot lock joints in the blades of a GTK-10-4 gas turbine unit]. Strength of materials and life of elements of power equipment. Tr NPO CKTI.St. Petersburg, iss. 296, pp. 355 – 363 [in Russian].
Shulzhenko, N.G., Gontarowsky, P.P., Matyukhin, Yu.I. & Garmash, N.G. (2008). Analiz formoizmeneniya vysokotemperaturnoi chasti korpusa turbiny posle dlitel'noi ekspluatatsii [Analysis of forming of the high-temperature part of the turbine case after long-term operation]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 11, no. 3, pp. 15–23 [in Russian].
Zaitsev, B.F., Shul`zhenko, N.G. & Asaienok, А.V. (2006). Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie i kontaktnye yavleniya v opiranii diafragmy parovoi turbiny [Stress-strained state and contact phenomena in the bearing of a steam turbine diaphragm]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 9, no. 3, pp. 35–45 [in Russian].
Shul’zhenko, N.G., Zaitsev, B.F., Asaenok, A.V. & Protasova, T.V. (2017). Deformation and vibration-induced stress intensity of a high-temperature turbine rotor with a breathing transverse crack. Strength of Materials, vol. 49, iss. 6, pp. 751–759. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-018-9920-x.
Shulzhenko, M., Gontarowsky, P., Matyukhin, J., Garmach, N. & Gontarowsky, V. (2013). Systema diahnostyky termonapruzhenoho stanu i spratsyuvannya resursu rotora vysokoho tysku turbiny T-250/300-240 na statsionarnykh ta zminnykh rezhymakh roboty [The system of diagnostic of a thermostressed state and operation of a resource for a rotor of a high pressure of turbine T-250/300-240 on stationary and variable operating modes]. Problemy Mashinostroyeniya [Journal of Mechanical Engineering], vol. 16, no. 6, pp. 8–14 [in Ukrainian].
Shulzhenko, M.G., Gontarovskiy, P.P., Matiukhin, Yu.I., Garmash, N.G. & Gontarovskiy, V.P. (2014). Avtomatizirovannaya otsenka srabatyvaniya resursa vysokotemperaturnogo rotora turbiny [Computer-aided estimation of the resource-wear of the high-temperature turbine rotor]. Visn. NTU «KHPI». Ser. Enerhetychni ta teplofizychni protsesy y ustatkuvannya [Bulletin of NTU 'KhPI'. Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment], no. 13 (1056), pp. 39–45 [in Russian].
Shulzhenko, M.G., Gontarovskiy, P.P., Garmash, N.G. & Iefremov, I.G. (2015). Diagnostirovanie termonapryazhennogo sostoyaniya i otsenka srabatyvaniya resursa rotorov vysokogo i srednego davleniya turbiny T-250/300-240 [Diagnosing the thermally stressed state and estimating the resource wear out for the rotors of high and low pressure turbine T-250/300-240]. Visn. NTU «KHPI». Ser. Enerhetychni ta teplotekhnichni protsesy y ustatkuvannya [Bulletin of NTU 'KhPI'. Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment], no. 16 (1125), pp. 32–37 [in Russian].
Shulzhenko, N.G., Garmash, N.G. & Gontarowsky, V.P. (2012). Otsenka shchadyashchikh rezhimov ekspluatatsii po termonapryazhennomu sostoyaniyu vysokotemperaturnogo rotora [The estimation of partial load modes exploitation of turbines on the thermostressed state of the high-temperature rotor]. Aviats.-kosm. tekhnika i tekhnologiya [Aerospace Technic and Technology], no. 8 (95), pp. 160–164 [in Russian].
Shul’zhenko, N.G, Gontarovskii, P.P., Garmash, N.G. & Grishin, N.N. (2015). Torsional vibrations and damageability of turboset shaftings under extraordinary generator loading. Strength of Materials, vol. 47, iss. 2, pp. 227–234. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-015-9652-0.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Nikolay G. Shulzhenko, Pavel P. Gontarovskiy, Nataliya G. Garmash, Irina I. Melezhik
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
