Спосіб визначення залишкового ресурсу парових турбін великої потужності

Реферат: UA 70115 U UA 70115 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до енергетики та може бути використана при визначенні залишкового ресурсу високотемпературних елементів парових турбін та подовженні терміну їх експлуатації. Відомий спосіб визначення залишкового ресурсу металевих виробів, (патент на винахід України № 86241, МПК G01N 3/00, 2009 рік), що включає випробування на розтягання зразків з матеріалу виробів, визначення фізико-механічних характеристик зразків матеріалу методом неруйнівного контролю, визначення кроку навантаження відповідно до заданого режиму навантаження виробів. Недоліком даного винаходу є низька точність визначення залишкового ресурсу. При проведенні розрахункової оцінки ресурсу парових турбін в зв'язку з обмеженістю експериментальних даних по сталях з великими термінами напрацювань в реальних умовах експлуатації або через відсутність таких даних не в повному об'ємі враховуються експериментальні характеристики металу високотемпературних елементів парових турбін. Крім того, недостатньо уваги приділяється визначенню коефіцієнтів запасу міцності на етапі розрахункової оцінки ресурсу парових турбін, які відпрацювали свій парковий ресурс. Не враховано вплив на пошкодження крутильних коливань валопроводу парових турбін. В основу корисної моделі поставлено задачу визначення залишкового ресурсу парових турбін великої потужності, яка вирішується тим, що містить визначення фізико-механічних характеристик зразків матеріалу методом неруйнівного контролю. Згідно з корисною моделлю новим є те, що проводять експериментальне дослідження з впливу старіння на зміну фізикомеханічних властивостей конструкційних легованих сталей при експлуатаційних температурах для уточнення запасів міцності за деформаціями і числом циклів, будують експериментальні криві довготривалої міцності для елементів парових турбін, що відпрацювали парковий ресурс, створюють 2D і 3D просторові аналоги високотемпературних елементів парових турбін з урахуванням ремонтно-поновлювальних змін у планово-попереджувальних ремонтах, за допомогою яких визначають найбільш напружені зони, будують криві утомленості і розраховують коефіцієнти запасу міцності металу обладнання, що вичерпало свій парковий ресурс, враховують вплив крутильних коливань при оцінці залишкового ресурсу валопроводів парових турбін та залишковий ресурс визначають з перевірочного розрахунку високотемпературних елементів з урахуванням реальних умов експлуатації, локального пошкодження окремих деталей турбоустановки та її конструктивних особливостей. Це дозволяє шляхом оцінки і прогнозування збільшити залишковий ресурс високотемпературних елементів парових турбін великої потужності з урахуванням експериментально отриманих коефіцієнтів запасу міцності металу. Поставлена задача вирішується тим, що проводять огляд стану металу парової турбіни для виявлення дефектів і експериментальну оцінку виниклих пошкоджень за весь період роботи енергетичного обладнання. За даними випробувань методом неруйнівного контролю визначають дефекти, що відповідають початку утворення тріщин в зразках. Амплітуду деформації для кожного елементу парової турбіни рахують за значенням інтенсивності напружень впродовж всього циклу навантаження, а кількість циклів навантаження до появи тріщин визначають за експериментальними залежностями для малоциклової утомленості. На етапі контролю стану металу енергетичного обладнання, що пропрацювало тривалий термін, окремо досліджують можливість вибору коефіцієнтів запасу міцності. З ціллю уточнення запасів міцності металу по деформаціях nε, числу циклів nN, границях текучості n і запасів по номінальних напруженнях nдп проводять дослідження з впливу старіння на зміну фізикомеханічних властивостей конструкційних легованих сталей при експлуатаційних і підвищених температурах. Визначають елементи, які є критичними, температурні напруження в яких характеризують темп і тривалість пускових операцій, а також зони виникнення максимальних температурних напружень. Досліджують структуру і властивості металу високотемпературних елементів турбіни. Розробляють методику побудови 2D і 3D просторових аналогів високотемпературних елементів турбомашин з урахуванням технологічних вибірок матеріалу елементів обладнання, що утворилися при механічній обробці тріщин та розтріскувань на поверхнях. На базі 2D і 3D просторових аналогів за допомогою програмних продуктів розв'язують крайову задачу нестаціонарної теплопровідності із завданням змінних у часі граничних умов теплообміну на поверхнях високотемпературних елементів. При заданні граничних умов враховують схеми течії пари в ущільненнях, графіки пусків з різних теплових станів (холодний, гарячий та нестиглі стани), закидання конденсату в проточну частину парової турбіни та корпуси клапанів. Також враховують обігрів фланців по обнизці. 1 UA 70115 U 5 10 15 20 25 30 35 40 На поверхнях високотемпературних елементів парової турбіни задають нестаціонарні граничні умови I-IV роду з урахуванням експлуатаційних змінних режимів роботи. При визначенні граничних умов при нестаціонарних режимах роботи використовують розрахункову оцінку температури на змінних режимах в усіх елементах парової турбіни. Для врахування впливу температури при розрахунку соплового паророзподілення та побудові P-G діаграми на першій ітерації процес вважається ізотермічним, потім визначають температуру пари за регулюючим ступенем (Т3), яку уточнюють в процесі ітераційних розрахунків. Контрольну розрахункову температуру в окремих точках металу приймають відповідно максимальному напруженню у зафіксований проміжок часу. Визначають напружено-деформований стан високотемпературних елементів для наступних видів навантажень: навантаження від тиску, від відцентрових сил, від реакції опор та температурні навантаження. При розрахунках визначають головні напруження, інтенсивності напруження впродовж всього терміну відповідного пускового і стаціонарного експлуатаційних режимів в високотемпературних елементах парової турбіни. З використанням програмних комплексів та застосуванням розрахованого напружено-деформованого стану енергетичного обладнання розраховують малоциклову утомленість при уточненні коефіцієнтів запасу міцності за кількістю циклів та деформацій. Згідно з експериментальним дослідженням властивостей сталей елементів парової турбіни коефіцієнти запасу міцності за кількістю циклів і деформацій встановлюють на рівні nN=3 і nε=1,25 відповідно. Такі змінені коефіцієнти запасу міцності підвищують ресурсні показники високотемпературних елементів парових турбін. Амплітуду деформації для кожного елементу парової турбіни рахують за значенням інтенсивності напружень впродовж всього циклу навантаження, а кількість циклів навантаження до появи тріщин визначають за експериментальними залежностями для малоциклової утомленості. Шляхом математичного і фізичного моделювання отримують розрахункові дані по тепловому, напружено-деформованому стану та залишковому ресурсу енергетичного обладнання парових турбін великої потужності з оціночним урахуванням реальних умов експлуатації в залежності від різних видів навантаження та ремонтно-поновлювальних змінень конструкції елементів парових турбін за весь період експлуатації. Згідно з експериментальним дослідженням будують криві довготривалої міцності для сталей високотемпературних елементів парових турбін та проводять розрахунки. В результаті розрахунків визначають число циклів до появи тріщин багатоциклової утомленості - Νp, допустиме число циклів - [Ν] і питоме пошкодження від циклічного навантаження кожного типу 1/[N]. По результатах експериментального дослідження (100 тис. годин при регламентованих ПТЕ стаціонарних режимах) і розрахункового дослідження статичного пошкодження і залишкового ресурсу термін експлуатації високотемпературного обладнання парових турбін можна встановити на рівні до 370 тис. годин. Результати дослідження щодо подовження терміну експлуатації турбіни К-200-130 впроваджені на блоках ст. № 3-9 Кураховської ТЕС, на блоках ст. № 11, 13-15 Луганської ТЕС, ст. № 10 Старобешевської ТЕС та турбіни К-800-240 ст. № 7 Слов’янської ТЕС, про що є відповідні акти про впровадження. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Спосіб визначення залишкового ресурсу парових турбін великої потужності, що включає визначення фізико-механічних характеристик зразків матеріалу методом неруйнівного контролю, який відрізняється тим, що проводять експериментальне дослідження з впливу старіння на зміну фізико-механічних властивостей конструкційних легованих сталей при експлуатаційних температурах для уточнення запасів міцності за деформаціями і числом циклів, будують експериментальні криві довготривалої міцності для елементів парових турбін, що відпрацювали парковий ресурс, створюють 2D і 3D просторові аналоги високотемпературних елементів парових турбін з урахуванням ремонтно-поновлювальних зміну планово-попереджувальних ремонтах, за допомогою яких визначають найбільш напружені зони, будують криві утомленості і розраховують коефіцієнти запасу міцності металу обладнання, що вичерпало свій парковий ресурс, враховують вплив крутильних коливань при оцінці залишкового ресурсу валопроводів парових турбін та залишковий ресурс визначають з перевірочного розрахунку високотемпературних елементів з урахуванням реальних умов експлуатації, локального пошкодження окремих деталей турбоустановки та її конструктивних особливостей. 2 UA 70115 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3