ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1461
Скачиваний: 4
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
( )
523
,
0
xx
2
=
⋅
v
G
;
ступени
с
D
cp
/
l
= 3,24
( )
49
,
0
xx
2
=
⋅
v
G
;
ступени
с
D
cp
/
l
= 4,57
( )
46
,
0
xx
2
=
⋅
v
G
.
Линейный
характер
изменения
1
0
−
∆
P
и
2
0
−
P
в
области
малорасходных
режимов
позволил
представить
изменение
коэффициентов
давлений
в
относительных
координатах
0
2
1
2
1
2
1
2
)
(
=
⋅
−
−
−
∆
∆
=
∆
v
G
P
P
P
и
( )
2
xx
2
2
v
G
v
G
v
G
⋅
=
⋅
⋅
как
xx
v
G
P
2
2
1
1
⋅
−
=
∆
−
(9)
для
изменения
перепада
статических
давлений
на
РК
и
как
2
2
0
19
,
1
v
G
P
⋅
−
=
∆
−
(10)
для
изменения
перепада
давлений
на
ступень
.
Уравнения
(9)
и
(10)
позволяют
определить
коэффициенты
давлений
в
диапазоне
малорасходных
режимов
при
известном
значении
( )
xx
v
G
⋅
.
Исследование
ступеней
с
D
cp
/
l
= 2,58
и
2,87
с
коническими
периферийными
обводами
при
γ
м
= 30
°
и
γ
м
= 50
°
показало
,
что
конические
обводы
ведут
к
уменьшению
коэффициентов
давления
.
Как
и
в
ступенях
с
цилиндрическими
обводами
изменение
зависимостей
2
1
−
∆
P
~
2
v
G
⋅
и
2
0
−
∆
P
~
2
v
G
⋅
происходит
при
( )
xx
2
v
G
⋅
= 0,485
для
ступени
D
cp
/
l
= 2,58
и
( )
xx
2
v
G
⋅
= 0,45
для
ступени
с
D
cp
/
l
= 2,87.
Характер
изменения
этих
зависимостей
для
ступеней
с
коническими
меридиональным
обводом
имеет
общую
закономерность
с
остальными
исследованными
ступенями
и
для
области
малорасходных
режимов
эти
зависимости
могут
быть
описаны
подобными
уравнениями
.
При
этом
влияние
конусности
меридионального
обвода
может
быть
учтено
как
разность
значений
и
,
где
индекс
«
к
»
соответствует
коническому
обводу
,
индекс
«
ц
» –
цилиндрическому
.
ц
2
1
к
2
1
к
2
1
−
−
−
−
=
∆
Р
Р
P
ц
2
0
к
2
0
к
2
0
−
−
−
−
=
∆
Р
Р
P
Для
определения
коэффициентов
давлений
были
получены
значения
0
2
1
2
)
(
=
⋅
−
∆
v
G
P
и
0
2
0
2
)
(
=
⋅
−
∆
v
G
P
при
нулевом
расходе
через
ступень
в
зависимости
от
их
втулочного
отношения
и
при
частоте
вращения
ω
= const, c
оответствующей
.
Наблюдается
две
области
их
изменения
,
в
которых
значения
коэффициентов
давления
могут
быть
аппроксимированы
уравнениями
:
max
u
η
–
при
53
,
0
44
,
0
вт
≤
≤
r
)
,6353
0
(
3643
,
3
)
(
вт
0
2
1
2
−
⋅
=
∆
=
⋅
−
r
P
v
G
,
)
,4413
0
(
26
,
1
)
(
вт
0
2
0
2
−
⋅
=
∆
=
⋅
−
r
P
v
G
; (11)
–
при
641
,
0
53
,
0
вт
≤
≤
r
)
,6843
0
(
307
,
2
)
(
вт
0
2
1
2
−
⋅
=
∆
=
⋅
−
r
P
v
G
,
)
1,1481
(
5324
,
0
)
(
вт
0
2
0
2
−
⋅
=
∆
=
⋅
−
r
P
v
G
. (12)
8’2012
65
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Разности
коэффициентов
давления
в
зависимости
от
тангенса
угла
наклона
периферийного
меридионального
обвода
направляющего
аппарата
ступени
(tg
γ
м
)
имеет
линейный
характер
при
0
2
=
⋅
v
G
и
могут
быть
аппроксимированы
зависимостями
:
м
ц
2
1
к
2
1
tg
252
,
0
γ
⋅
=
∆
−
∆
−
−
Р
Р
,
. (13)
м
ц
2
0
к
2
0
tg
1212
,
0
γ
⋅
=
∆
−
∆
−
−
Р
Р
Изменение
перепадов
давлений
Р
1
–
Р
2
на
рабочем
колесе
во
всём
диапазоне
изменения
режимов
на
линиях
тока
0
,
1
=
G
и
0
=
G
(
которые
являются
границами
основного
потока
)
приведено
на
рис
. 5
и
показывает
,
что
перепады
давлений
на
этих
границах
располагаются
практически
симметрично
относительно
линии
тока
5
,
0
=
G
.
Это
позволяет
считать
,
что
изменение
давления
на
средней
линии
тока
для
основного
потока
при
компримировании
рабочей
среды
является
представительным
для
всего
потока
.
Рис
. 5.
Изменение
перепадов
давлений
на
рабочем
колесе
ступени
с
D
cp
/
l
= 2,58
в
области
малорасходных
режимов
Определение
температуры
рабочей
среды
на
средней
линии
тока
(
5
,
0
=
G
)
в
межвенцовом
зазоре
может
быть
выполнено
исходя
из
уравнения
Бернулли
(5).
С
учётом
уравнения
состояния
для
газообразного
рабочего
тела
(
перегретого
пара
)
,
1
1
1
1
T
R
P
⋅
ρ
=
2
2
2
2
T
R
P
⋅
ρ
=
,
и
,
принимая
во
внимание
,
что
в
диапазоне
изменения
параметров
пара
на
рабочем
колесе
газовая
постоянная
R
практически
не
изменяется
(
R
1
=
R
2
=
R
)
уравнение
(5)
примет
вид
R
h
Т
Т
u
=
−
2
1
.
При
известных
параметрах
пара
за
рабочим
колесом
газовая
постоянная
R
равна
8’2012
66
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
2
2
2
T
v
P
R
⋅
=
.
В
этом
случае
2
2
2
2
1
v
P
T
h
T
T
u
⋅
⋅
=
−
или
)
1
(
2
2
2
1
v
P
h
T
T
u
⋅
+
⋅
=
.
Значение
перепада
,
срабатываемого
на
рабочем
колесе
,
при
этом
равно
[5]
(
)
(
)
хх
2
хх
2
2
1
v
G
v
G
v
G
h
h
u
н
u
⋅
−
⋅
−
⋅
⋅
=
,
а
изменение
температуры
рабочей
среды
на
средней
линии
основного
потока
равняется
( )
( )
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅
−
⋅
−
⋅
⋅
⋅
+
⋅
=
xx
2
xx
2
2
2
2
н
2
1
1
1
v
G
v
G
v
G
v
P
h
T
T
u
, (14)
где
Т
1
и
Т
2
являются
абсолютными
значениями
и
выражаются
в
градусах
Кельвина
.
При
определившихся
значениях
Р
1
и
Т
1
зависимости
(9)
и
(14)
плотность
рабочей
среды
основного
потока
на
входе
в
РК
составит
2
1
2
2
1
1
1
1
ρ
⋅
⋅
⋅
=
⋅
=
ρ
T
P
T
P
T
R
P
. (15)
Среднее
значение
плотности
пара
для
определения
затрат
мощности
на
вращение
рабочего
колеса
N
з
по
формуле
(1)
будет
равно
)
(
5
,
0
2
1
ср
ρ
+
ρ
⋅
=
ρ
. (16)
Список
литературы
: 1.
Suter, P.
Untersuchungen über den Ventilationsverlust von Turbinenadern [Text] /
P. Suter, W. Traupel // Mittelungen aus dem Institut für Thermische Turbomaschinen. – Zürich, 1959. –
№
4. –
S. 15-28.
2.
Быстрицкий
,
Л
.
Н
.
Исследование
турбинных
ступеней
с
малым
отношением
D
cp
/
l
в
диапазоне
режимов
работы
от
номинального
до
холостого
хода
[
Текст
]:
дис
. …
канд
.
техн
.
наук
: 05.04.01 /
Быстрицкий
Леонид
Николаевич
. –
Харьков
, 1975. – 203
с
.
3.
Вукалович
,
М
.
П
.
Таблицы
термодинамических
свойств
воды
и
водяного
пара
[
Текст
] /
М
.
П
.
Вукалович
. –
М
.:
Энергия
, 1965. –
400
с
.
4.
Малорасходные
режимы
ЦНД
турбины
Т
-250/300-240 /
под
общ
.
ред
.
В
.
А
.
Хаимова
. –
СПб
.:
БХВ
-
Петербург
, 2007. – 240
с
.
5.
Быстрицкий
,
Л
.
Н
.
Работа
турбинной
ступени
с
малым
D
cp
/
l
в
режиме
потребления
мощности
[
Текст
] /
В
.
Н
.
Голощапов
,
В
.
И
.
Касилов
,
А
.
Ю
.
Козлоков
//
Энергетические
и
теплотехнические
процессы
и
оборудование
.
Вестник
НТУ
«
ХПИ
»:
Сб
.
науч
.
трудов
. –
Харьков
:
НТУ
«
ХПИ
». – 2010. –
№
3. –
С
. 61-65. – ISSN 2078-774X.
©
Шубенко
А
.
Л
.,
Быстрицкий
Л
.
Н
.,
Голощапов
В
.
Н
.,
Касилов
В
.
И
.,
Касилов
О
.
В
.,
Козлоков
А
.
Ю
., 2012
Поступила
в
редколлегию
15.02.12
8’2012
67
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
УДК
621.165:539.4
В
.
П
.
СУХИНИН
,
д
-
р
техн
.
наук
;
проф
.
УИПА
,
Харьков
;
Т
.
Н
.
ПУГАЧЕВА
,
канд
.
техн
.
наук
;
доц
.
УИПА
,
Харьков
АНАЛИЗ
ОЦЕНКИ
КОЭФФИЦИЕНТОВ
КОНЦЕНТРАЦИИ
НАПРЯЖЕНИЙ
И
ДЕФОРМАЦИЙ
В
ТЕРМОРАЗГРУЗОЧНЫХ
КАНАВКАХ
РОТОРОВ
ПАРОВЫХ
ТУРБИН
В
последнее
время
блоки
,
предназначенные
и
спроектированные
для
несения
базовых
нагрузок
,
несут
пиковые
нагрузки
и
число
пусков
-
остановок
их
на
отдельных
турбинах
достигло
1600.
При
пусках
и
остановках
турбины
на
поверхности
ротора
возникают
термические
напряжения
,
которые
обусловливают
достижение
в
зонах
концентрации
высоких
суммарных
напряжений
,
которые
приводят
к
образованию
трещин
в
высокотемпературных
зонах
элементов
турбоустановок
.
Останнім
часом
блоки
,
призначені
і
спроектовані
для
несення
базових
навантажень
,
несуть
пікові
навантаження
і
число
пусків
-
зупинок
їх
на
окремих
турбінах
досягло
1600.
При
пусках
і
зупинках
турбіни
на
поверхні
ротора
виникають
термічні
напруги
,
які
обумовлюють
досягнення
в
зонах
концентрації
високих
сумарних
напруг
,
які
приводять
до
утворення
тріщин
у
високотемпературних
зонах
елементів
турбоустановок
.
Lately the blocks intended and projected for executions of the base loadings carry the spades loadings and
number of starting – stopping they were attained by 1600 on separate turbines. At starting and stopping turbines
there are thermal tensions on the surface of rotor for conditioning achievement in the zones of concentration of
high total tensions which result in formation of cracks in the high temperature zones of elements of turbine.
Введение
Эксплуатация
энергоблоков
с
большим
количеством
пусков
-
остановов
приводит
к
образованию
трещин
в
высокотемпературных
зонах
элементов
турбоустановок
.
Появление
трещин
вызывает
обоснованные
опасения
в
безопасности
дальнейшей
эксплуатации
энергооборудования
.
Циклическое
воздействие
нестационарных
температурных
напряжений
в
роторах
высокого
и
среднего
давления
при
работе
турбин
в
переменных
режимах
создает
опасность
малоцикловых
термоусталостных
повреждений
металла
в
зонах
концентраторов
напряжений
на
поверхности
роторов
,
к
которым
относятся
терморазгрузочные
канавки
,
галтели
в
месте
перехода
от
полотна
диска
к
цилиндрической
поверхности
вала
и
др
.
(
рис
. 1).
Галтели
Канавки
Рис
. 1.
Концентраторы
напряжений
на
поверхности
ротора
паровых
турбин
На
отдельных
турбинах
мощностью
200
МВт
(
К
-200-130)
и
300
МВт
(
К
-300-240)
были
выявлены
в
термокомпенсационных
канавках
роторов
высокого
и
среднего
давления
кольцевые
трещины
глубиной
до
2–3
мм
.
Поскольку
эти
трещины
возникают
в
зонах
,
где
отсутствуют
высокие
напряжения
от
центробежных
сил
,
следует
считать
основной
причиной
их
появления
8’2012
68
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
малоцикловую
усталость
от
термических
напряжений
,
возникающих
в
пуско
-
остановочных
и
переходных
режимах
.
Анализ
предыдущих
исследований
При
анализе
напряженного
состояния
турбинных
роторов
до
сих
пор
используются
величины
коэффициентов
концентрации
напряжений
на
основе
решения
плоской
задачи
теории
упругости
широко
представленные
в
[1, 2].
Не
получило
достаточного
развития
решение
объемного
напряженного
состояния
в
рассматриваемой
зоне
и
,
таким
образом
,
отсутствует
возможность
выбора
наиболее
близких
к
реальным
значениям
коэффициентов
концентрации
.
Цель
работы
Сравнительный
анализ
коэффициентов
концентрации
напряжений
и
деформаций
на
основе
известных
приближенных
решений
и
результатов
,
выполненных
авторами
расчетов
осесимметричной
задачи
методом
конечных
элементов
.
Материал
и
результаты
исследований
Расчетная
оценка
долговечности
роторов
,
работающих
при
переменных
температурных
напряжениях
,
проводится
на
основе
малоцикловой
и
термоусталостной
прочности
материалов
и
конструкций
.
При
расчете
допускаемого
числа
циклов
N
до
повреждения
используется
величина
изменения
в
цикле
полной
деформации
∆ε
или
размах
условных
напряжений
∆σ
,
в
которые
входят
такие
величины
как
модуль
упругости
,
предел
прочности
,
предел
усталости
и
др
.
Однако
,
имеется
ряд
факторов
,
существенно
влияющих
на
накопление
повреждаемости
и
долговечности
роторов
при
переменных
режимах
.
К
ним
относятся
концентрация
напряжений
и
деформаций
,
сложнонапряженное
состояние
ротора
,
характер
цикла
изменения
напряжения
,
совместное
действие
усталости
и
ползучести
и
др
.
Высокая
концентрация
деформаций
в
зоне
терморазгрузочных
канавок
оказывает
существенное
влияние
на
их
долговечность
.
При
упругопластическом
деформировании
даже
при
невысокой
номинальной
напряженности
конструкции
в
зонах
концентраторов
напряжения
могут
превосходить
предел
текучести
и
при
малоцикловом
нагружении
в
этих
зонах
будет
происходить
поцикловое
изменение
напряженно
-
деформированного
состояния
(
НДС
),
обусловленное
пластическим
деформированием
материала
.
Даже
при
практически
стационарном
нагружении
процессы
упругопластического
деформирования
материала
в
окрестностях
концентратора
,
как
правило
,
являются
нестационарными
и
характеризуются
непрерывной
трансформацией
полей
деформаций
и
напряжений
в
пределах
цикла
нагружения
и
от
цикла
к
циклу
.
При
этом
поля
напряжений
и
деформаций
являются
неоднородными
и
отличаются
высокими
градиентами
.
В
зависимости
от
режимов
нагружения
,
циклических
свойств
материала
,
характера
концентратора
и
уровня
напряжений
разрушение
в
таких
локальных
зонах
может
иметь
квазистатический
или
усталостный
характер
.
В
связи
с
тем
,
что
точных
аналитических
решений
соответствующих
задач
в
нелинейной
постановке
нет
,
процессы
трансформации
полей
напряжений
и
деформаций
в
локальных
областях
возле
концентраторов
при
упругопластическом
деформировании
исследуются
в
каждом
конкретном
случае
приближенными
методами
теории
пластичности
,
численными
и
экспериментальными
методами
.
Приближенные
методы
позволяют
с
достаточной
,
в
большинстве
случаев
,
точностью
определять
значения
коэффициентов
концентрации
и
описывать
кинетику
напряжений
и
деформаций
как
при
однократном
,
так
и
при
переменно
-
повторном
нагружениях
.
При
этом
основной
гипотезой
,
позволяющей
оценить
изменение
местных
напряжений
в
8’2012
69