ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термическая усталость роторов из "Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки " Трещины в роторах турбин могут образовываться не только на внутренней расточке, но и на поверхности вследствие малоцикловой (термической усталости). [c.483] Выше отмечалось, что высокие температурные напряжения в сочетании с напряжениями от центробежных сил могут привести к недопустимому возрастанию напряжений на расточке ротора и его внезапному хрупкому разрушению. Однако при пуске еще большие температурные напряжения возникают в роторе на его поверхности, которая имеет непосредственный контакт с паром. Эти напряжения многократно усиливаются концентрацией напряжения. Даже при умеренных скоростях пуска турбин в местах концентрации напряжений возникают столь значительные напряжения, что происходит пластическое течение материала. Это приводит к тому, что при выходе агрегата на стационарный режим в роторе появляются остаточные напряжения, которые релаксируют и вызывают накопление повреждений в материале за счет ползучести. При многократном повторении таких пусковых напряжений в роторе возникают трещины малоцикловой (термической) усталости. [c.483] Трещины термической усталости обычно возникают в тех местах турбины, где температура изменяется наиболее значительно, где она достигает максимальных значений и имеются резкие переходы, надрезы, галтели и т.д. Как правило, это область первой ступени ЦВД и ЦСД и зона уплотнений первой диафрагмы или ближайшего отсека концевого уплотнения. Особую опасность представляют тепловые (компенсационные) канавки. В этих местах напряжения могут в 5—6 раз превышать так называемые номинальные напряжения (в предположении отсутствия тепловых канавок). Другим слабым местом является галтель между диском первой ступени и валом (рис. 17.6), которая подвергается тщательной профилировке для уменьшения концентрации температурных напряжений. [c.483] Пример 17.7. На рис. 17.6 показан ротор ЦВД с трещинами термической усталости, возникшими в придиско-вых галтелях первых ступеней японской турбины. [c.483] В настоящее время считается общепринятым, что температурные напряжения в роторах ЦВД и ЦСД — главный фактор, ограничивающий скорость пусков и нагружения турбины. [c.483] Меры предупреждения образования трещин термической усталости диктуются причинами, которые ее вызывают. Основная причина — это циклические пластические деформации, вызываемые стесненностью тепловых расширений отдельных зон ротора из-за его неравномерного прогрева, главным образом, по радиусу. [c.483] Возникающая по радиусу разность температур определяется двумя основными факторами разностью температур пара и поверхности детали (температурным напором) и интенсивностью теплообмена между паром и поверхностью металла. Интенсивность теплообмена определяется характером теплообмена и скоростью пара относительно ротора. [c.483] Очень велика интенсивность теплообмена, когда пар попадает на поверхность ротора с температурой, меньшей температуры насыщения. В этом случае происходит конденсация пара на поверхности ротора, идущая до тех пор, пока поверхность ротора не достигнет температуры насыщения и не превысит ее. Процесс конденсации на поверхности вращающегося ротора практически не изучен, по-видимому, он имеет нестабильный характер. Чаще всего конденсация пара происходит при пуске турбины из холодного состояния и других нестационарных режимов, когда металл имеет низкую температуру, а давление увеличивается чрезмерно быстро, вместе с которым растет температура насыщения. [c.483] При течении сухого насыщенного и перегретого пара интенсивность теплообмена в основном определяется скоростью пара относительно ротора. В диафрагменных уплотнениях она в первую очередь зависит от протечки пара, которая, как известно из теории паровых турбин, определяется мощностью турбины с ростом мощности от холостого хода до максимальной интенсивность теплообмена увеличивается в 8—10 раз. [c.484] Основная мера, предупреждающая появление трещин термической усталости в роторах — это поддержание в процессе пусков, разгружений—нагружений и остановок температуры пара, мало отличающейся от температуры металла, что обеспечивает малые переходные температурные напряжения. В свою очередь для этого требуется тщательное выполнение инструкции по эксплуатации, в частности, графиков пуска, остановки и скоростей разгружения-нагружения, поскольку они составлены прежде всего из соображения исключения высоких температурных напряжений. [c.484] Пример 17.8. На рис. 17.7 и 17.8 показаны графики изменения температур, мощности и разностей температур по радиусу роторов в первых ступенях ЦВД и ЦСД турбины мощностью 300 МВт для двух случаев ночного разгру-жения и утреннего нагружения. На рис. 17.9 приведены вероятности появления трещины термической усталости в наиболее напряженном роторе ЦВД в зависимости от числа разгружений—нагружений для этих двух режимов. [c.484] В первом случае (см. рис. 17.7) разгружение и нагружение осуществлялось плавно со скоростями соответственно 3,8 и 2,6 МВт/мин с поддержанием постоянной температуры пара на входе в цилиндр и без глубокого охлаждения ротора ЦВД. Соответственно вероятность появления трещин в роторах (см. рис. 17.8) весьма мала. Даже если турбина будет разгружаться и нагружаться ежедневно (что для теплофикационной турбины нереально), то она может проработать более 40 лет. [c.484] Следует подчеркнуть, что исключить полностью температурные напряжения путем сдерживания скорости изменения температуры пара невозможно, в этом нет необходимости и даже вредно. Дело в том, что медленное изменение температуры пара в переходных режимах приводит к увеличению их длительности и к большим экономическим потерям из-за работы оборудования в нерасчетных условиях. [c.485] Вернуться к основной статье