Особенности колебаний лопаток из титанового сплава с эрозионными повреждениями
Ключевые слова:
эрозионные повреждения, колебания, лопатка, ресурс, титановый сплавАннотация
Рассматривается влияние эрозионных повреждений на особенности колебаний рабочих лопаток пятой степени цилиндра низкого давления (ЦНД) паровой турбины К-1000-60 / 3000 для атомной электростанции (АЭС). Лопатки изготовлены из титанового сплава ТС5 и имеют длину 1200 мм. Заметные эрозионные повреждения наблюдались в лопатках пятой степени ЦНД после отработки более 180 тыс. часов в ПП «Хмельницкая АЭС». Наибольшая опасность возникает за счет образования кратеров и щелевидных повреждений. Такие повреждения вызывают концентрацию напряжений, ведут к снижению предела усталости и остаточного ресурса. Радиус в устье (фронте) эрозионного повреждения заметно больше, чем для усталостной трещины. При таких повреждениях контакта берегов повреждений не наблюдается. В процессе исследований разработана конечноэлементная модель лопатки, которая имеет более густую сетку в области повреждений, но менее густую в основном объеме лопатки. Выполнены многовариантные численные исследования колебаний лопаток с разным количеством повреждений, которые расположены в разных местах по длине лопатки в зоне локализации напряжений, и возникают за счет особенностей форм колебаний. Были обнаружены особенности распределения напряжений в зонах повреждений. Показано, что увеличение количества повреждений приводит к росту зоны повышенных напряжений, но не вызывает большей концентрации напряжений. Рассмотрены колебания лопаток при воздействии нагрузок условной величины, что позволило выявить реальные коэффициенты концентрации вибрационных напряжений в местах повреждений. Это дает возможность использовать опыт анализа колебаний компрессорных лопаток из титановых сплавов с повреждениями. Выявлена степень снижения предела выносливости лопаток из титановых сплавов с повреждениями. Разработаны рекомендации по предотвращению опасных режимов работы лопаток турбин К-1000-60 / 3000 с повреждениями.
Библиографические ссылки
Shubenko, A. L.. Kovalskiy, A. E., Vorobyev, Yu. S., Kartmazov G. N., & Romanenko, V. N. (2010). Vliyaniye erozii na osnovnyye ekspluatatsionnyye kharakteristiki rabochey lopatki posledney stupeni tsilindra nizkogo davleniya moshchnoy parovoy turbiny [Effect of erosion on the main operational characteristics of the working blade of the last stage of a low-pressure cylinder of a powerful steam turbine]. Problemy Mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 13, no. 1, pp. 3–10 [in Russian].
Shubenko, A. L., Kovalskiy, A. E., Vorobyev, Yu. S., Kanilo, S. P & Romanenko, V. N. (2003). Vliyaniye erozii na vibratsionnyye kharakteristiki rabochikh lopatok vlazhno-parovykh turbin [Effect of erosion on the vibration characteristics of wet-steam turbine blades]. Problemy Mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 6, no. 1, pp. 10–26 [in Russian].
Zinkovskiy, A. P., Tokar I. G., Kruts, V. A., & Krugliy, Ya. D. (2012). Vliyaniye rasseyaniya energii v materiale na kolebaniya lopatok s neodnorodnostyami [Effect of energy dissipation in a material on oscillations of blades with inhomogeneities]. Aviats.-kosm. tekhnika i tekhnologiya − Aerospace Technic and Technology, no. 9 (96), pp. 132–137 [in Russian].
Tokar, I. G., & Zinkovskiy, A. P. (2010). Vliyaniye parametrov lokalnogo povrezhdeniya regulyarnoy sistemy na spektr sobstvennykh chastot kolebaniy i vibronapryazhennost odnotipnykh elementov [Influence of the parameters of local damage of a regular system on the spectrum of natural frequencies of vibrations and the vibration intensity of elements of the same type]. Problemy prochnosti – Strength of Materials, no. 2, pp. 55–64 [in Russian].
Borovkov, V. M., Getsov, L. B., Vorobyev, Yu. S., Kopsov, A. Ya., Petinov, S. V., Pigrova, G. D. & Rybnikov, A. I. (2008). Materialy i prochnost oborudovaniya ТЕС [Materials and strength of TPP equipment].St. Petersburg: Izd-vo Politekhn. un-ta, 612 p. [in Russian].
Vorobyev, Yu. S., Makhnenko, O. V., Ovcharova, N. Yu., Berlizova, T. Yu., & Kulakov, P. N. (2016). Problemy ispolzovaniya novykh materialov dlya lopatochnogo apparata turbomashin [Problems of the use of new materials for turbine bkade systems]. Visnyk NTU 'KhPI'. Ser.: Enerhetychnі ta teplotekhnіchnі protsesy i ustatkuvannia – Bulletin of the NTU 'KhPI'. Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment, no. 9 (1181), pp. 44–49 [in Russian].
Kanel, G. I., Razorenov, S. V., Utkin, A. V., & Fortov, V. E. (1996). Udarno-volnovyye yavleniya v kondensirovannykh sredakh [Shock-wave phenomena in condensed media].Moscow: Yanus-K, 408 p. [in Russian].
Krylov, N. A., Skotnikova, M. A., Tsvetkova G. V., & Ivanova, G. V. (2016). Vliyaniye struktury i fazovogo sostava materiala lopatok parovykh turbin iz titanovogo splava na ikh ustoychivost k erozionnomu razrusheniyu [Influence of the structure and phase composition of the material of steam turbine blades made of titanium alloy on their resistance to erosion destruction. Scientific-tech. statements SPbPU. Natural and engineering sciences.]. Nauch.-tekhn. vedomosti SPbPU. Estestvennyye i inzhenernyye nauki − St. Petersburg State Polytechnic University Journal of Engineering Science and Technology, iss. 3 (249), pp. 86–92 [in Russian].
Petukhov, A. N. (1993). Soprotivleniye ustalosti detaley GTD [Fatigue resistance to GTE components].Moscow: Mashinostroyeniye, 232 p. [in Russian].
TU 1-5-130-78. Prutki katanyye i kovanyye iz titanovogo splava. Marka TS5. Vved. 10.05.78 [TS 1-5-130-78. Rods rolled and forged from titanium alloy. TS5 alloy. Enacted October 5, 1978], 17 p. [in Russian]
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2019 Yu. S. Vorobiov, N. Yu. Ovcharova, A. S. Olkhovskyi, O. V. Makhnenko, V. M. Torop, O. Ye. Hopkalo
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).
