ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оценка остаточного ресурса роторов и корпусов турМетодика определения нижней границы трещиностойкости литых корпусов энергооборудования из "Расчет термонапряжений и прочности роторов и корпусов турбин " Результаты, изложенные в гл. 1 и 2, а также в 3.1—3.3, позволили разработать метод и программу расчета на ЭВМ коэффициентов интенсивности напряжений при термомеханическом нагружении двумерных моделей тел. Основные положения разработанного метода сводятся к следующему. [c.126] Расчетная схема. Решение рассматриваемого класса задач о двумерных телах с трещинами сводится к решению аналогичных задач для тел без трещин. Из этих решений находят распределения напряжений в плоскостях трещин. [c.126] Распределение напряжений по высоте трещины может быть рассчитано в двумерных и трехмерных моделях сплошных тел при использовании численных методов (например, методов конечных или граничных элементов) и введено в качестве исходных данных. [c.127] Для глубоких трещин (0,1 с 0,5) при неизменности положения особой точки (принимают для ясности алгоритма), влияние таких факторов, как безразмерная глубина трещины, направление ее развития и кривизна тела и взаимное влияние трещин системы учитывается с помощью зависимостей, построенных на основе специально проведенного в этом исследовании численного эксперимента, а также известных численных и аналитических решений задач о телах с трещинами. [c.127] Апробация изложенного подхода на обширном численном эксперименте показала, что получаемые из линейной модели соотношения (3.21) и (3.29) не вносят значительной погрешности во всей исследованной области (рис. 3.2). [c.129] Основная цель введения особой точки — обеспечение инвариантности параметра к виду нагрузки — оказалась практически достигнутой в исследованной области. При изменении геометрии тела и надреза значения параметров Gq, Gi и, следовательно, положение особой точки меняются. В предположении неизменности положения особой точки, соответствующей малым безразмерным глубинам надрезов, учет влияния всех геометрических факторов осуш,ествляется за счет введения поправочных функций. [c.129] Определение значений коэффициентов Gq, и, следовательно, положение особой точки связано со структурой функции Ф. [c.130] При г 5 влиянием концентратора можно пренебречь и считать сг (х)о а (Хд). [c.131] В массивных корпусах энергооборудования, в том числе в литых корпусах клапанов, цилиндров высокого и среднего давления, эксплуатируемых на тепловых электростанциях, имеются исходные и развивающиеся при циклическом термомеханическом нагружении трещиноподобные дефекты. К настоящему времени накоплен значительный статистический материал [4—6 20, 30, 33, 95, 112—1151, позволяющий определить наиболее повреждаемые зоны деталей, характер и ориентацию дефектов. По принятым в энергетике нормативным требованиям [891 дефекты типа трещин должны быть удалены механически вырубкой пневмозубилами или обработкой наждачными кругами. Образовавшиеся выборки заваривают аустенитными электродами без подогрева корпуса. [c.132] К настоящему времени в базовой энергетике имеется значительное число энергоустановок, отработавших расчетный ресурс 10 ч, содержащих ремонтные наплавки. В ряде случаев отношение площади наплавки к площади живого сечения корпуса, проходящего через эту наплавку, приближается к 0,5. За один межремонтный период (2—4 года) в зоне соединения основного металла с ремонтной наплавкой неоднократно развиваются трещины большой протяженности. Исследования показывают, что по значениям Ки, Лс и бс, определенным на образцах, нельзя в рассматриваемой сложной задаче дать надежную оценку остаточного ресурса корпусов [27, 30, 77]. При этом возникает серьезная опасность необоснованной забраковки большого числа дорогих металлоемких конструкций, содержащих трещиноподобные дефекты, до исчерпания фактического ресурса этих конструкций или значительных затрат на их ремонт без фактического повышения остаточного ресурса безопасной эксплуатации. Вместе с тем, в отечественной и зарубежной практике эксплуатации корпусов клапанов и цилиндров высокого и среднего давления не известны случаи катастрофического их разрушения. [c.132] Размеры трещин определяют по парку однотипных корпусов на основе статистически представительных данных, полученных при дефектоскопии и ремонте деталей. Зная размеры и ориентацию трещин в деталях, значения и / определяют в рабочем диапазоне температур при эксплуатационных нагрузках с помощью численных экспериментов. Так как ни одна из деталей с выявленными трещинами не была окончательно разрушена, то верхняя граница полосы разброса найденных значений /Си / может быть определена как предел трещиностойкости / детали [27]. [c.133] Физический смысл / близок к смыслу предела трещиностойкости 1, [65] и поэтому уменьшает разрыв между характеристиками трещиностойкости при их определении как на образцах, так и в системе деталь—условия эксплуатации . При этом левая часть уравнения К = IJtn [65—69] примет вид К + аКи + + Ь/Сц1, где а и Ь — эмпирические коэффициенты, значения которых определяются на образцах т — запас по пределу трещиностойкости. [c.133] Изложим метод определения нижней границы трещиностойкости литых корпусов стопорных клапанов высокого давления турбины К-200-130 ЛМЗ, изготовленных из стали 15Х1М1ФЛ. [c.133] В подфланцевой зоне клапанов систематически обнаруживаются трещины, ориентированные, в основном, в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Размеры выборок металла в этой зоне и ориентация дефектов характеризуются данными, приведенными в табл. 4.1. Из приведенных в таблице данных следует, что не редки дефекты, глубина которых достигала 0,05— 0,07 м. [c.133] Условные обозначения t — глубина трещины, L — ее длина, а — угол наклона плоскости трещины к плоскости, перпендикулярной оси вращения корпуса. [c.134] Для определения значений / по большой группе однотипных корпусов найдены основные характеристики трещин (см. 2.5). Максимальные значения /С и У определены двумя способами. В первом случае осуществлен численный эксперимент, в котором решались осесимметричные двумерные задачи упругости для корпуса, содержащего трещину. Решения получены методом конечных элементов. Результаты вычислений показали, что для всех характерных режимов термомеханического нагружения только компонента Ki существенна. Во втором случае коэффициенты интенсивности напряжений найдены по методике определения К в телах с дву- и трехмерными трещинами (см. гл. 3). Результаты, полученные двумя способами, отличались менее чем на 10 %. При этом для корпусов стопорных клапанов турбин К-200-130 ЛМЗ, изготовленных из стали 15Х1М1ФЛ, получено, что / находится на уровне 95 МПа м. [c.134] Рассмотренную методику можно применять лишь в случае расчета группы однотипных корпусов, содержащих в определенных зонах макротрещины, развившиеся в процессе эксплуатации. Это ограничение отсутствует в методике, в соответствии с которой определение / выполняется путем нанесения в критических зонах натурных деталей искусственных трещин [27]. Число испытываемых деталей и трещин в них определяется необходимостью получения статистически представительных результатов. [c.135] Безопасность испытаний обеспечивается тем, что размеры искусственных трещин в процессе испытаний остаются существенно меньше тех максимальных размеров, которые могут быть обнаружены в этих зонах деталей в процессе их эксплуатации. Применяют также дополнительные меры, обеспечивающие безопасность испытаний, в частности, полости-ловушки трещин. На рис. 4.1 показан образец, содержащий набор систем трещин, устанавливаемый в поверхностях нагрева котлоагрегатов на действующих электростанциях для определения значений / по изложенной методике. Накопленный опыт показал, что трудозатраты, необходимые для испытаний по рассматриваемой методике, не превышают трудозатрат по испытанию образцов типа 1СТ, 2СТ. [c.135] Вернуться к основной статье