WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ЯРУЛЛИН РУСТАМ РАИСОВИЧ

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

И ОСТАТОЧНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НАСАДНОГО ДИСКА

ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ С ПОВРЕЖДЕНИЕМ В ШПОНОЧНОМ ПАЗУ

01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов – 2009

Работа выполнена в лаборатории «Вычислительная механика деформирования и разрушения» Исследовательского центра проблем энергетики Учреждения Российской академии наук Казанского научного центра РАН.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Шлянников Валерий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Колокольцев Владимир Андреевич кандидат технических наук, доцент Муратаев Фарид Исхакович

Ведущая организация: Институт машиноведения РАН им. А.А. Благонравова (г. Москва)

Защита состоится «_» 2009 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.06 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, д.77, корп.1, ауд.319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

С авторефератом можно ознакомиться на сайте www.sstu.ru

Автореферат разослан «_»_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Попов В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При оценке гарантированной продолжительности надежной работы турбинного оборудования применяется понятие паркового ресурса – наработки однотипных по конструкции, маркам стали и условиям эксплуатации элементов теплоэнергетического оборудования, которая обеспечивает их безаварийную работу при соблюдении требований инструкций по эксплуатации. Парковый ресурс для роторов паровых турбин составляет 100 тыс. часов. В настоящее время значительная часть роторов паровых турбин близка к исчерпанию паркового ресурса, либо полностью его выработала.





Критические с точки зрения несущей способности и ресурса элементы конструкций содержат технологические и конструктивные концентраторы напряжений. Именно в этих областях накапливаются повреждения, приводящие к образованию и развитию микро- и макротрещин. К таким элементам энергетического оборудования можно отнести насадные диски паровых турбин, которые являются наиболее напряженными и ответственными деталями ротора турбины.

В этой связи возникает необходимость оценки остаточной долговечности насадного диска паровой турбины с повреждением в зоне конструктивной концентрации напряжений.

Цель работы: разработка методики определения напряженнодеформированного состояния (НДС) и прогнозирования на его основе остаточного ресурса насадных дисков ротора паровой турбины с учетом образования и развития повреждений в зонах конструктивной концентрации напряжений. Цель исследования определяет следующие задачи:

• обосновать модель НДС продольного шпоночного паза с уголковой несквозной трещиной с учетом посадки диска на вал турбины;

• разработать порядок исследования и интерпретации количественных и качественных характеристик упругопластического состояния области вершины четвертьэллиптической трещины в зонах конструктивной концентрации напряжений насадного диска паровой турбины;

• определить закономерности изменения параметров НДС вдоль фронта трещины в зависимости от формы дефекта и эксплуатационных условий нагружения диска;

• рассчитать силовые и деформационные параметры разрушения для типовых повреждений шпоночного паза и условий нагружения диска в эксплуатации;

• разработать и обосновать модель прогнозирования роста трещин и остаточной долговечности насадного диска паровой турбины.

Научная новизна работы состоит в:

• разработке и численном обосновании топологии расчетной схемы метода конечных элементов (МКЭ) для трещины четвертьэллиптической формы в плане применительно к моделированию повреждений шпоночного паза;

• количественной оценке влияния условий нагружения и формы дефекта на поля НДС в области вершины трещины при упругопластическом деформировании;

• закономерностях изменения вдоль фронта трещины полей параметров НДС в зависимости от условий нагружения и формы дефекта;

• разработке алгоритма и комплекса программ исследования количественных и качественных характеристик упругопластического состояния области вершины четвертьэллиптической трещины;

• установлении влияния условий нагружения и формы трещины на остаточную долговечность насадного диска паровой турбины.

На защиту выносятся:

• методика прогнозирования остаточной долговечности насадного диска паровой турбины с учетом образования и развития повреждений в зонах конструктивной концентрации напряжений;





• модель НДС продольного шпоночного паза при наличии повреждений в виде уголковой несквозной трещины с учетом посадки диска на вал турбины;

• алгоритм интерпретации численных результатов МКЭ в пластической области фронта трещины на эллиптической плоскости;

• модель прогнозирования роста трещин и остаточной долговечности насадного диска паровой турбины;

• результаты расчетов долговечности насадного диска паровой турбины в исходном и поврежденном состояниях;

• обоснование вариантов ремонтной технологии диска в зоне конструктивной концентрации напряжений.

Практическая значимость заключается в возможности определения остаточного ресурса насадных дисков паровых турбин на стадии образования и роста трещин в зонах конструктивной концентрации напряжений, а также в оценке малоцикловой усталости насадных дисков после применения ремонтных технологий. Результаты исследования позволяют назначать интервалы регламентных ремонтных работ в зависимости от накопленных эксплуатационных повреждений.

Достоверность результатов подтверждается совпадением частных численных решений с литературными данными и с данными диагностики технического состояния дисков роторов, полученными в процессе проведения регламентных работ на тепловых электростанциях.

Методы исследований. Численные исследования выполнялись на основе метода конечных элементов, методов компьютерного моделирования и программирования.

Реализация работы. Работа поддерживалась госконтрактами с ФАНИ №02.516.11.6025, ФАНИ №02.516.11.6040, ФАНИ №02.516.11.6071, хоздоговором НЧТЭЦ №1/2008-163 от 17.03.2008 с актом внедрения работы по договору на выполнение НИОКР (акт №34 от 02.12.08).

Апробация работы. Результаты работы представлялись на аспирантских семинарах (Казань, Академэнерго, 2005-2009 гг.), итоговых научных конференциях Казанского научного центра РАН (Казань, КазНЦ РАН, 2005 гг.), Национальной конференции по теплоэнергетике (Казань, Исследовательский центр проблем энергетики КазНЦ РАН, 2006 г.), V и VI школах-семинарах молодых учёных и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, Исследовательский центр проблем энергетики КазНЦ РАН – 2006, 2008 гг.), XIX и XX Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (Казань, КазВАКУ – 2007, 2008 гг.), XV Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (Алушта, 2007 г.), Seventh International ASTM/ESIS Symposium on Fatigue and Fracture Mechanics (36th ASTM National Symposium on Fatigue and Fracture Mechanics) (Tampa, Florida, USA, 2007 г.), Международной конференции молодых ученых «XXXIV Гагаринские чтения» (Москва, 2008 г.), Sixth International Conference on Low Cycle Fatigue (Berlin, Germany, 2008 г.), Пятнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2009 г.), Second International Conference on Material and Component Performance under Variable Amplitude Loading (Darmstadt, Germany, 2009 г.). В полном объеме диссертация докладывалась в Исследовательском центре проблем энергетики КазНЦ РАН, Институте машиноведения РАН им. А.А. Благонравова, в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 13 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения.

Материал изложен на 158 страницах, содержит 71 рисунок, 12 таблиц, список литературы состоит из 150 наименований, приложение на 4 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, дается ее общая характеристика.

В первой главе дан анализ современного состояния по предмету и направлениям исследований, рассматриваемых в диссертации.

Сборный ротор представляет собой конструкцию, состоящую из вала и посаженных на него дисков с рабочими лопатками. Крутящий момент с диска на вал в нормальных условиях передается трением, создаваемым контактным давлением, которое возникает за счет натяга. В условиях эксплуатации возможны случаи временного ослабления посадки, например, из-за более быстрого прогрева диска по сравнению с валом. Для гарантированной передачи крутящего момента между диском и валом устанавливают шпонку. Это резко увеличивает напряженность диска из-за возникновения в зонах радиусных сопряжений шпоночного паза местной концентрации напряжений, превышающей номинальные напряжения в 2 – 3 раза.

Анализ повреждаемости 145 дисков обследованных турбин Т-100-130 ПО ТМЗ в зоне фазового перехода показал, что наиболее распространенными местами повреждений являются зоны продольного шпоночного паза, разгрузочных отверстий, заклепочных соединений, ступичной части и полотна диска.

Многостадийность процесса разрушения требует корректного выбора определяющих параметров, контролирующих процессы зарождения и роста трещин и установления границы их применимости. Стадия роста трещин в конструкциях составляет половину и более от полной долговечности, и надежное ее прогнозирование представляет собой важную самостоятельную задачу. Механика разрушения получила развитие в трудах А. Гриффитса, Дж. Ирвина, П. Пэриса, Г. Либовица, Н.И. Мусхелишвили, Г.И. Баренблата, Г.П. Черепанова, В.В. Панасюка, В.С. Ивановой и других исследователей.

Н.А. Махутовым разработаны методы прогнозирования несущей способности, основанные на силовых, деформационных и энергетических критериях распространения трещин статического и малоциклового нагружения.

Проведенный анализ условий эксплуатации и повреждений турбинного оборудования показал, что:

- повреждения дисков и рабочих лопаток в процессе эксплуатации происходят чаще всего на ступенях турбин, работающих в зоне фазового перехода;

- традиционные методы ремонтных технологий позволяют удалить только поверхностные дефекты небольшой глубины;

- существующие подходы прогнозирования несущей способности не позволяют достаточно точно оценить остаточный ресурс паровых турбин при наличии повреждений.

На основе литературного анализа была сформулирована цель и поставлены задачи исследования.

Во второй главе представлен порядок расчетов по предложенной методике определения НДС и оценки остаточной долговечности насадных дисков турбин с учетом накопленных эксплуатационных повреждений. Алгоритм решения показан на рис.1 в виде блок-схемы и состоит в следующем.

На первом этапе необходимо провести расчет штатной геометрии диска в упругопластической постановке. В эксплуатации на диск действуют центробежная сила от собственной массы диска, контурная нагрузка от воздействия рабочих лопаток на обод диска, которая передается через замковое соединение, контактное давление на расточку диска, вызванное натягом при посадке диска на вал. Для такого сочетания условий нагружения при определении НДС дисков задача решается в трехмерной постановке с привлечением МКЭ. Результатом является определение основных высоконагруженных зон диска: к ним относятся заклепочные отверстия обода диска, разгрузочные отверстия и радиусные сопряжения продольного шпоночного паза.

Считывание параметров (компонент на- Считывание параметров (компонент напряпряжений) по узлам окружности радиуса ri жений) по узлам в плоскости расположения сечения i. Сохранение полученных компо- трещины (=0°) для радиуса ri сечения i.

нент в файл со списком параметров (, X, Y, Z, XY, YZ, ZX, INT, e) Перевод в локальную прямоугольную систему координат и нормировка на предел текучести

FEM FEM FEM

FEM FEM FEM

FEM FEM FEM

Перевод в полярную систему координат в заданном сечении Рис.1. Блок-схема расчета остаточной долговечности насадных дисков В зонах радиусных сопряжений осевого шпоночного паза, как показывает практика, возникают зоны локальных необратимых деформаций, и накапливаются повреждения, приводящие к образованию и развитию микро - и макротрещин.

Вторым этапом является моделирование реального расположения трещины и ее ориентации в осевом шпоночном пазу с использованием метода подконструкций. Согласно этому методу формируются расчетные схемы осевого шпоночного паза с трещиноподобными дефектами четвертьэллиптической формы в плане. При построении расчетных схем определяется топология сетки конечных элементов в области выхода трещины на свободные поверхности паза и устанавливается сходимость решения.

Третий этап состоит в определении упругопластических напряжений и коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) вдоль фронта несквозной трещины в осевом шпоночном пазу. Ввиду отсутствия каких-либо аналитических решений для уголковых трещин, в качестве модельных представлений о распределении напряжений по фронту полуэллиптических трещин и для расчетов упругопластических КИН предлагается модель, подобная модели Хатчинсона - Райса - Розенгрена (ХРР-модель). Согласно этой модели упругопластические поля напряжений в области вершины трещины, нормированные на предел текучести материала 0, описываются уравнением:

где K i – упругопластический КИН; r – расстояние от фронта трещины, нормированное на полудлину или глубину трещины; ij ( ; n) – трансверсальные безразмерные функции напряжений; - полярный угол; n - коэффициент деформационного упрочнения; e - параметрический угол эллипса; а, с - размеры полуосей трещины. Для определения компонент левой части уравнения (1) использован МКЭ, с помощью которого получены значения полных напряжений FEM ( x, y, z). Далее с учетом FEM ( x, y, z ) рассчитываются безразмерные полярные распределения функций напряжений ij ( ; n ), входящие в (1). При этом для узлов концентрических окружностей, расположенных в различных сечениях по фронту трещины, производятся перевод компонент напряжений из глобальной декартовой системы в полярную систему координат и нормировка на предел текучести материала. В результате по полученным значениям полных компонент упругопластических напряжений ij и безразмерных полярных распределений функций напряжений ij ( ; n) определяются упругопластические КИН по фронту трещин Ki.

Четвертый этап состоит в расчете остаточной долговечности на стадии развития повреждений. В соответствии с основными положениями механики разрушения принято, что положение фронта трещины в процессе ее развития соотносится с величиной КИН в каждой точке криволинейного контура трещины. Найденные значения упругопластических КИН используются в модели прогнозирования развития трещин в диске паровой турбины.

Предлагаемая модель роста несквозной трещины в диске паровой турбины под действием эксплуатационных условий нагружения основана на следующих предположениях:

- контур трещины аппроксимируется уравнением четверти эллипса;

- развитие трещины определяется распределением упругопластических КИН вдоль фронта трещины;

- изменение локальных разрушающих напряжений вдоль фронта несквозной трещины пропорционально распределению местных пластических деформаций вблизи криволинейного контура трещины.

Для расчета остаточной долговечности предложена модель, основанная на уравнениях скорости роста трещин, малоцикловой усталости и зоны процесса разрушения:

где li - размер дефекта в направлении нормали к фронту трещины; i - размер зоны процесса разрушения или приращение длины трещины; f, f - предельные напряжения и деформации малоциклового разрушения; th, K th - пороговые значения номинальных напряжений и КИН; n, K f - номинальные напряжения и текущее значение КИН.

Шаговая процедура расчетов состоит в последовательном определении размера зоны процесса разрушения (приращении длины трещины) вдоль фронта в 90 точках, вычислении скорости роста трещины, интегрировании этого уравнения и определении долговечности N соответствующей данному приращению длины, увеличении размера трещины на величину ее приращения и повторении всего цикла до момента разрушения насадного диска. Таким условием разрушения принято нарушение сплошности диска или достижение размера с полуоси трещины 70-80% от толщины ступицы диска t, т.е. c = 0.7 0.8t.

В третьей главе представлены результаты расчета параметров общего и локального НДС насадного диска паровой турбины в исходном и поврежденном состояниях. Апробация предложенного метода оценки НДС и остаточной долговечности насадных дисков турбин с учетом накопленных повреждений и проведенных ремонтных технологий осуществлена в приложении к насадному диску 22-й ступени паровой турбины Т-100-130.

Численные расчеты проведены в программном комплексе ANSYS. Объемная модель диска 22-й ступени была полностью воспроизведена по чертежам завода-изготовителя. Для воспроизведения всех сил, действующих на диск, был проведен ряд расчетов по методике Г. С. Жирицкого. Действие контурной нагрузки от центробежной силы, вызываемой лопатками, моделировалось приложением распределенных сил к узлам расчетной схемы МКЭ, соответствующим поверхностям заклепочных отверстий в ободе диска. Контурная нагрузка прикладывалась ко всем 37 отверстиям трех проушин вильчатого замкового соединения. Натяг при посадке диска на вал моделировался приложением контактного давления в 50 МПа на внутренней поверхности ступицы диска.

Расчетная схема и фрагменты сетки конечных элементов рассматриваемого в настоящей работе диска представлены на рис.2.

Диск изготовлен из стали 34ХН3М, со следующими основными механическими характеристиками: модуль упругости Е=206 ГПа; коэффициент Пуассона =0.3; удельный вес =7800 кг/м3; коэффициент деформационного упрочнения n=5.89; секущий модуль упрочнения Gt=1490; предел текучести 0=853 МПа.

На первом этапе путем вариации размерности конечно-элементной модели за счет сгущения сетки конечных элементов в зонах концентрации напряжений было определено устойчивое решение для размерности конечноэлементной модели в 215 тыс. узлов. На основе выполненных расчетов установлено, что основной зоной конi(max)=667 МПа центрации напряжений в диске являi(max)=553 МПа положения трещины и ее ориентации в осевом шпоночном пазу с использованием технологии метода подконструкций с целью обоснования расчетной схемы в области вершины трещины были построены 6 расчетных моделей, которые различались между собой размером конечных элементов у фронта трещины в радиальном направлении и степенью сгущения сетки конечных элементов к свободным поверхностям.

Рис. 4. Распределения окружной компоненты напряжений в ступице диска Полученные данные по размерности задачи и топология использованы для формирования расчетных схем с четвертьэллиптическими трещинами с размерами полуосей а=5 мм и с=10 мм, а=10 мм и с=20 мм, а также с четвертькруговыми трещинами с размерами полуосей а=с=5 мм и а=с=10мм.

Вершина трещины моделировалась как надрез с конечным радиусом кривизны в вершине трещины =50 мкм. Для качественной оценки перехода от плоского напряженного состояния (ПНС) к плоской деформации (ПД) сделано сгущение сетки конечных элементов в области выхода трещины на внутреннюю и торцевую поверхности паза (рис. 5).

На разработанных расчетных схемах проведены серии упругопластических расчетов моделей шпоночного паза с дефектами типа трещин с учетом силовых факторов нагружения насадных дисков в эксплуатации.

Следующим этапом работы являлось определение полярных трансверсальных и радиальных распределений компонент напряжений для различных сечений по фронту трещин на различном удалении от вершины с вариациями размеров и формы трещины. Анализ полученных согласно предложенной методике распределений безразмерных компонент напряжений ij ( ), возникающих в области вершины трещины в условиях упругопластического НДС, позволил установить следующее: максимум напряжений реализуется по фронту трещины при =5°-45° (рис.6а, б); наибольшее влияние геометрии Рис. 6. Распределения окружной компоненты напряжений в сечениях по фронту трещины в зависимости от условий нагружения, геометрии дефекта и расстояния дефекта и условий нагружения наблюдается во фронте трещины при =0° (рис.6в); наибольшее влияние на распределение НДС в диске оказывает длина дефекта, а не его глубина (рис.6г); имеет место инвариантность угловых распределений напряжений на свободных поверхностях по отношению к форме дефекта, условиям нагружения и расстоянию от вершины трещины (рис.6д, е).

Проведенные численные расчеты насадного диска паровой турбины с внутренней поверхностной трещиной в осевом шпоночном пазу позволили также определить зоны пластических деформаций, возникающие вдоль фронта уголковой трещины под воздействием эксплуатационных условий нагружения.

На основе анализа условий перехода от двухмерного к трехмерному НДС вдоль фронта трещин и изучения влияния вида нагружения и формы трещины на распределение пластических деформаций, возникающих в области вершины, установлено, что: основной эффект изменения пластической области вдоль фронта трещины, т.е. переход от ПНС к ПД сконцентрирован в зоне, близкой к внутренней поверхности шпоночного паза 0°5°; область пластических деформаций имеет максимальный размер в направлении 40°60° по отношению к плоскости расположения трещины; наибольший эффект влияния условий нагружения на характер распределения пластических деформаций вдоль фронта соответствует геометрии четвертьэллиптической трещины (a/c=0.5).

Полученные трансверсальные распределения компонент упругопластических напряжений были использованы для расчетов упругопластических КИН в области вершины трещины, по которым рассчитывали остаточную долговечность конструкции.

В четвертой главе приведены результаты расчетов силовых и деформационных параметров разрушения для типовых повреждений шпоночного паза для условий нагружения диска в эксплуатации, остаточной долговечности диска паровой турбины с накопленными эксплуатационными повреждениями, а также даны рекомендации по применению ремонтных технологий продольного шпоночного паза.

Анализ полученных в соответствии с общей блок-схемой (рис.1) распределений упругопластических КИН по фронту рассматриваемых трещин позволил установить характер влияния условий нагружения диска в эксплуатации и формы дефекта (рис. 7, где t- толщина ступицы диска, Rв и Rн - соответственно, внутренний и наружный диаметры диска). Для четвертькруговой трещины максимальные значения упругопластических КИН находятся на внутренней поверхности шпоночного паза, а для четвертьэллиптической трещины они располагаются вблизи торцевой поверхности ступицы.

Найденные значения упругопластических КИН в дальнейшем использованы при расчете остаточной долговечности диска паровой турбины на стадии развития повреждений. В результате на основе разработанной модели прогнозирования долговечности получены закономерности изменения положения фронта трещины по стадиям циклического нагружения (рис.8) и характеристики длительности роста повреждений при эксплуатационных условиях нагружения для различной формы исходных дефектов (рис.9б).

Рис. 7. Распределения упруго-пластических КИН по фронту трещин Рис. 8. Изменение формы трещины по стадиям роста несквозного дефекта Для рассматриваемого диапазона размеров исходных повреждений (а0=2мм) установлен эффект стабилизации формы трещины вне зависимости от начальной геометрии трещины на уровне =а/с=0.7 (рис.8).

Таблица 1. Значения критических размеров трещин и остаточной Таблица 2. Варианты ремонтных технологий осевого шпоночного паза С использованием экспериментального значения критического КИН K1c для стали 34ХН3М определены величины критических длин трещин в зависимости от размеров начальных дефектов (рис. 9а). В свою очередь по критической длине трещины и ресурсным кривым определены значения остаточной долговечности насадного диска в зависимости от размеров и формы начальных эксплуатационных дефектов, которые представлены в табл. 1 и на рис.9.

По значениям остаточной долговечности диска получены аппроксимационные формулы для расчета долговечности для заданных начальных размеров и форм дефектов:

a0 = c0 = 30.937 3.332 ln( N кр ) a 0 = 36.707 3.978 ln( N кр ) c0 = 73.413 7.957 ln( N кр ) Наряду со штатной геометрией диска в работе проведены численное исследование и обоснование по параметрам НДС и малоцикловой усталости вариантов изменения геометрии диска за счет удаления объема материала из зоны накопления повреждений. Рассмотрено 5 вариантов изменения геометрии осевого шпоночного паза, моделирующих ремонтную технологию, предусматривающую выборку в углах паза на глубину от 1 до 10 мм для удаления поврежденного слоя металла и дана оценка долговечности диска после выполнения ремонтных работ (табл. 2).

Расчеты показали, что выборка в углах шпоночного паза с целью ликвидации микро- и макротрещин приводит к уменьшению уровня действующих напряжений в диске по сравнению со штатной геометрией. Оптимальной по параметрам НДС и долговечности считается выборка на 2 мм в углах паза с радиусом не менее 5 мм. Вместе с тем допустимой является выборка максимальной глубиной до 10 мм.

Основные выводы Проведенный в данной работе анализ НДС и расчет остаточной долговечности диска паровой турбины с повреждением в шпоночном пазу позволил сделать следующие выводы.

1. Разработана методика анализа НДС и прогнозирования остаточной долговечности дисков с повреждением в шпоночном пазу. Дано обоснование топологии расчетной схемы для уголковой несквозной трещины в осевом шпоночном пазу диска турбины. Представлен порядок исследования и интерпретации количественных и качественных характеристик упругопластического состояния области вершины четвертьэллиптической трещины и расчета остаточной долговечности в зонах конструктивной концентрации напряжений насадного диска паровой турбины.

2. Определены закономерности изменения параметров НДС вдоль фронта трещины в зависимости от формы дефекта и эксплуатационных условий нагружения. Установлено, что основные эффекты изменения НДС относятся к областям, прилегающим к свободным поверхностям шпоночного паза, и максимальные напряжения возникают во внутренних сечениях диска.

3. Разработан метод определения упругопластических КИН по фронту трещины и установлен характер их изменения в зависимости от геометрии и расположения дефекта в диске турбины при эксплуатационных условиях нагружения. Получено, что критический размер трещины в шпоночном пазу насадных дисков составляет 13 мм.

4. Дана оценка влияния формы трещины в плане на характеристики долговечности насадного диска паровой турбины и определена кинетика изменения формы и размеров трещины при циклическом нагружении диска, установлен эффект стабилизации формы трещины. Получено, что наиболее опасной является начальная трещина четвертькруговой формы в плане.

5. Разработана модель прогнозирования остаточной долговечности диска паровой турбины на стадии развития повреждений и даны рекомендации по применению ремонтных технологий продольного шпоночного паза. Получено, что допустимой по параметрам НДС и малоцикловой усталости является выборка трещин в углах паза глубиной до 10 мм. Оптимальным является вариант выборки микротрещин в углах паза на глубину 2 мм с радиусом не менее 5 мм.

Основные печатные работы по теме диссертации В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Яруллин, Р.Р. Оценка конструктивных изменений геометрии дисков турбины в зоне концентрации напряжений / В.Н. Шлянников, Р.Р. Яруллин // Наукоемкие технологии. - 2009. - №2. - С. 89-93.

В других изданиях:

2. Yarullin, R. R. Carrying capacity prediction of steam turbine rotors with operation damages / V. N. Shlyannikov, B. V. Ilchenko, R. R. Yarullin // Journal of ASTM International.- Vol. 5. - №9. – 2008. – P. 1-10.

3. Яруллин, Р.Р. Эффекты двухосности нагружения в цилиндре с внутренней полуэллиптической трещиной при упругопластическом деформировании / В.Н.

Шлянников, Р.Ф. Шагивалеев, Р.Р. Яруллин // Деформация и разрушение материалов.- 2008. - №1. - С. 10-18.

4. Яруллин, Р.Р. Анализ состояния трубопровода с внутренним поверхностным дефектом / В.Н. Шлянников, Р.Ф. Шагивалеев, Р.Р. Яруллин // Изв. РАН. Энергетика.- 2008. - №5. - С. 71-78.

5. Яруллин, Р.Р. Сравнительный анализ численных расчетов НДС дисков паровых турбин / Б.В. Ильченко, Д.В. Топоров, Р.Ф. Шагивалеев, Р.Р. Яруллин // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: материалы докладов V школы-семинара молодых учёных и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова, 3-9 сентября 2006. – Казань : Изд-во Казан. гос. ун-та, 2006. - С. 290Яруллин, Р.Р. Эффекты перераспределения напряжений вдоль фронта полуэллиптической трещины в полом цилиндре при двухосном нагружении / В.Н.

Шлянников, Р.Ф. Шагивалеев, Р.Р. Яруллин // Материалы XV Междунар. конф. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2007), 25-31 мая 2007 г., Алушта. – М.: Вузовская книга, 2007. - С. 523Яруллин, Р.Р. Оценка НДС диска турбины с дефектами различной геометрии / Р.Р. Яруллин // XXXIV Гагаринские чтения. Секция №3. Механика и моделирование материалов и технологий: сб. материалов Междунар. молодежной науч.

конф. 1-5 апреля 2008 г. – М.: МАТИ, 2008. - С. 146-147.

8. Яруллин, Р.Р. Несущая способность насадного диска турбины с дефектом в продольном шпоночном пазу / Р.Р. Яруллин // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: сб.

материалов XX Всерос. межвуз. науч.-техн. конф. в 2 ч. 13-15 мая 2008 г. – Казань, КазВАКУ, 2008. Ч. 1. - С. 394-396.

9. Яруллин, Р.Р. Анализ напряженно-деформированного состояния диска паровой турбины с эксплуатационными повреждениями / Р.Р. Яруллин // Труды Академэнерго.- 2008.- №2. - С. 89-100.

10. Яруллин, Р.Р. Анализ НДС насадного диска паровой турбины с эксплуатационным повреждением/ Р.Р. Яруллин // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: материалы докладов VI школы-семинара молодых учёных и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова, 16-18 сентября 2008.

– Казань : Изд-во Казан. гос. ун-та, 2008. - С. 340-344.

11. Яруллин, Р.Р. НДС диска паровой турбины ВТ-50 при применении ремонтных технологий / Р.Р. Яруллин // Труды Академэнерго.- 2008.- №3. – С. 50-60.

12. Yarullin, R. R. Surface flow growth prediction in a pipe under biaxial loading accounting for constraint effects along crack front / V. N. Shlyannikov, R. F. Shagivaleev, R. R. Yarullin // Sixth International Conference on Low Cycle Fatigue. Proceedings. Berlin. Germany. 2008. - P. 791-796.

13. Яруллин, Р.Р. Прогнозирование несущей способности диска паровой турбины с повреждением в шпоночном пазу / Р.Р. Яруллин // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: материалы Пятнадцатой Междунар. науч.-техн.

конф. студентов и аспирантов: В 3 т. - М.: Издат. дом МЭИ, 2009. Т.3.- С. 269-270.

Саратовский государственный технический университет Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул.,

 
Похожие работы:

«Строкатов Антон Анатольевич ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОГНЕННЫХ И ТЕПЛОВЫХ СМЕРЧЕЙ 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2007 Диссертация выполнена на кафедре физической и вычислительной механики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Томского государственного университета и в лаборатории распространения волн Института оптики...»

«Валиев Харис Фаритович РЕШЕНИЕ АВТОМОДЕЛЬНЫХ И НЕАВТОМОДЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ О СИЛЬНОМ СЖАТИИ СФЕРИЧЕСКИХ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЪЕМОВ ГАЗА 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2011 Работа выполнена в Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Крайко Александр Николаевич Официальные оппоненты...»

«ЛИСИНА Светлана Александровна КОНТИНУАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНОФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В МЕХАНИКЕ СРЕД С МИКРОСТРУКТУРОЙ 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород – 2009 Работа выполнена на кафедре прикладной математики Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева и в Нижегородском филиале Института машиноведения им. А.А.Благонравова...»

«Лепов Валерий Валерьевич СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 01.02.06. Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Якутск – 2006 Работа выполнена в Институте физико-технических проблем Севера СО РАН Научные консультанты: академик РАН, профессор, доктор технических наук Ларионов В.П. доктор технических наук, профессор...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.