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
![Лицензия Creative Commons](http://i.creativecommons.org/l/by-nd/4.0/88x31.png)
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).