Хрупкие разрушения роторов

Случаи хрупкого разрушения роторов паровых турбин, роторов турбогенераторов, сварных роторов АЭС, а также случаи обнаружения дефектов свидетельствуют о необходимости внедрения эффективных методов дефектоскопического контроля и прогнозирования остаточного ресурса роторов энергоустановок, содержащих дефекты типа трещин. [c.228]

Быстрому развороту и набору нагрузки способствуют отсутствие конденсации в корпусе турбины и невозможность хрупкого разрушения ротора (см. 17.2), поскольку, его температура значительно выше критической температуры хрупкости. [c.410]

ГО разрушения не было бы, поскольку эти напряжения вдвое-втрое меньше предела текучести. Однако при пуске турбины сечение ротора прогревается неравномерно температура внешних слоев растет быстрее, чем средняя температура сечения, во внутренних — наоборот. Поэтому при пуске в роторе возникают температурные напряжения, сжимающие его материал во внешних слоях и растягивающие во внутренних. Таким образом, на расточке ротора к растягивающим напряжениям от центробежных сил прибавляются растягивающие температурные напряжения. Это, как видно из формулы (17.1), дополнительно уменьшает критический размер дефекта. Таким образом, оказывается, что при быстром пуске турбины из холодного состояния, когда вязкость разрушения материала ротора мала, а напряжения велики, даже небольшой дефект, совершенно не опасный при нормальной работе турбины, может привести к внезапному хрупкому разрушению ротора. В практике эксплуатации было несколько случаев таких разрушений. [c.479]

Пример 17.2. На рис. 17.2 показан пример хрупкого разрушения ротора вала низкого давления (номинальная частота вращения — 3600 об/мин), произошедшего при пуске из холодного состояния на американской станции. В результате аварии образовались 23 куска массой более 40 кг и один массой 800 кг. Причиной разрушения явились мелкие трещины, появившиеся возле неметаллических включений внутри ротора под действием малоцикловой усталости и ползучести, которые в процессе пусков (турбина прослужила 106 ООО ч и пускалась 1245 раз из холодного и 150 раз из горячего состояния) объединились в магистральную трещину, достигшую критического размера, после чего и произошло разрушение. [c.479]

Предупреждение хрупких разрушений роторов [c.480]

В условиях эксплуатации нельзя полностью исключить появление трещин на расточке, особенно после 20—30 лет эксплуатации. Оператор турбины должен всегда подозревать, что трещина существует и для исключения хрупкого разрушения ротора строго соблюдать простое правило ротор, непро-гретый до 180—200 °С, не должен иметь частоту вращения большую 1400—1500 об/мин. [c.480]

Назовите возможные причины хрупкого разрушения роторов. [c.492]

Хрупкие разрушения роторов 478 [c.538]

Рис. 4.13. Типичный вид флокенов на поверхности хрупкого разрушения ротора. СЭМ

При эксплуатации турбин опасны также повреждения их роторов, дисков и корпусов. Внезапным хрупким разрушениям роторов предшествует появление трещин, возникающих из-за плохого качества металла, значительных динамических напряжений вследствие вибрации или большой разбалансировки. На внутренней поверхности расточки ротора трещины появляются вследствие ползучести и исчерпания длительной прочности металла или температурных напряжений, возникающих при пусках. [c.186]

Как отмечалось, наибольшую опасность с точки зрения хрупкого разрушения представляют дефекты, расположенные вблизи осевой расточки ротора. [c.230]

Для роторов среднего давления других типов опасность хрупкого разрушения реальна. Особую опасность представляют протяженные дефекты сравнительно небольшой глубины порядка /к= 16,5 мм, могущие вызвать хрупкое разрушение. [c.230]

Институтом проблем прочности АН Украины разработаны эффективные численные методы и проведено рещение задач механики разрушения на ЭВМ для роторов с дефектами типа трещин. Выполнены также расчеты напряженно-деформированного состояния в зоне концентраторов напряжений без учета и с учетом наличия дефектов на дисках паровых турбин и для осевой расточки ротора. Показано, что напряжения в Т-образном пазе диска для последних ступеней турбин превышают предел текучести и трещины, расположенные на поверхности галтели Т-образного паза, представляют существенную опасность с точки зрения хрупкого разрушения, в то же время дефекты, расположенные в зоне отверстия под замковую лопатку, не могут служить непосредственно причиной хрупкого разрушения. Погрешность инженерного метода расчета коэффициента интенсивности напряжений для роторов с поверхностными дефектами не превышает 10%. [c.231]

Так, для роторов ВД, где хрупкое разрушение маловероятно, достаточно использовать метод вибродиагностики, который может применяться в процессе эксплуатации для обнаружения дефектов сравнительно больших размеров. Для роторов СД требуется проводить дефектоскопический контроль в полном объеме. [c.233]

Когда изделие, которое можно представить в виде компактного образца для изучения ударной вязкости, подвергается действию растягивающих напряжений, может произойти хрупкое разрушение его в случае, если интенсивность напряжений достигает определенной величины, характерной для данного материала, а поверхность разрушения будет достаточно плоской. Интенсивность напряжений, при которой происходит разрущение образца, определяется напряжением а, приходящимся на единицу площади, и длиной трещины а, выражается в единицах fMH/M /2] и известна под названием вязкости разрушения К с)- Если уменьшить размеры образца или увеличить температуру его, материал образца будет переходить в состояние текучести, начиная от конца трещины, до того как произойдет его хрупкое разрушение, и на другой стороне появятся резко выраженные полосы сдвига. Для изучения вязкости разрушения ударно-вязких высококачественных сталей используют очень крупные образцы, но их довольно трудно получить и создать в них напряжения, достаточные для того, чтобы перенести полученные результаты на узлы реальных размеров, например, роторы турбин, сосуды высокого давления или паровой цилиндр. Некоторое приближение может быть сделано при нагружении образцов, маленьких для хрупкого разрушения, но достаточных для измерения скорости распространения трещины. Поэтому во многих случаях результаты испытаний на вязкость разрушения могут быть экстраполированы, но так как для большинства рассчитанных размеров трещин разрушение будет носить хрупкий характер, они могут быть использованы для оценки с достаточной степенью точности. [c.44]

Одной ИЗ серьезных проблем, связанных с обеспечением прочности роторов при пусках, является хладноломкость. Если суммарные напряжения превышают 0,7 о, при температуре металла ниже порога хладноломкости, может произойти практически мгновенное хрупкое разрушение [120]. [c.151]

Материал роторов ЦНД должен обладать другими качествами высокой статической прочностью, обеспечивающей надежную работу при высоких напряжениях, создаваемых центробежными силами лопаток и самого ротора, высокой вязкостью разрушения, препятствующей хрупкому разрушению при наличии дефектов, и высоким сопротивлением коррозионному растрескиванию. [c.78]

Хрупкие внезапные разрушения роторов являются наиболее опасными, поскольку они влекут за собой, как правило, полное разрушение всей турбины, серьезные повреждения другого оборудования, а иногда и человеческие жертвы. Такие разрушения происходят внезапно, и этим усугубляется тяжесть их последствий. [c.478]

Для исключения возможности хрупкого разрушения при пусках из холодного состояния пусковые инструкции обязательно предусматривают прогрев ротора на малой частоте вращения (когда напряжения от центробежных сил малы) для повышения на расточке ротора вязкости разрушения материала. [c.480]

Поскольку первопричиной внезапных хрупких разрушений является существование трещины на расточке ротора, то главной мерой, предупреждающей внезапное хрупкое разрушение, является исключение появления трещин на расточке. [c.480]

Для этого на заводе-изготовителе поковки и за-воде-изготовителе турбины производится тщательный контроль в процессе производства. Итоговым контролем является балансировка ротора (холодного ) в специальной вакуумной камере на рабочей частоте вращения, которая одновременно является и проверкой ротора на хрупкое разрушение. [c.480]

Длительная прочность — это основной фактор, который определяет ресурс турбины. При длительном пребывании материала ротора в условиях высоких напряжений и температуры в нем накапливаются повреждения в виде пор и разрыхлений, которые затем сливаются в макротрещину, постепенно растущую даже в условиях постоянной нагрузки. При достижении трещиной критического размера происходит внезапное хрупкое разрушение. [c.480]

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]

Как видно из табл. 3, в трех случаях из четырех оборудование работало до разрушения от нескольких месяцев до двух лет. Исключение составляет ротор Аризоны, который подвергся хрупкому разрушению во время балансировочных испытаний. Остальные три ротора разрушились во время контрольной проверки на превышение расчетного числа оборотов (т. е. при угонных испытаниях). Однако они успешно прошли предыдущие контрольные Проверки при числе оборотов, несколько превышающем число оборотов, при котором они разрушились (табл. 3). [c.75]

Профилированные роторы. Для того чтобы вращающиеся конструкции (например, роторы турбин и генераторов) выполняли заданные функции при максимально сниженных напряжениях, их соответствующим образом профилируют. Некоторые из профилей (зубья зубчатых колес или пазы генераторных роторов) свободны от окружных напряжений, создаваемых корпусом вращающейся конструкции. Эти конструктивные проблемы не рассмотрены в данном разделе, хотя неправильно выбранные размерные соотношения элементов конструкции профилированных вращающихся деталей и перераспределение нагрузок могут привести к возникновению хрупкого разрушения. Для профилированных вращающихся деталей за исключением нескольких геометрических вариантов, не имеющих практического значения, не существует замкнутых решений. Поэтому конструктор должен прибегать к множеству способов, чтобы одновременно удовлетворить требованиям равновесия и совместности деформаций. Это можно сделать вручную, производя огромный объем вычислений, однако обычно такая работа выполняется цифровым вычислительным устройством. [c.88]

Температурные напряжения при хрупком разрушении. Теория хрупкого разрушения или хрупкого распространения трещины связывает критический размер трещины со свойствами материала и полем напряжений. При этом различаются поля механических и температурных напряжений. Поэтому в тех деталях, в которых значительную часть от общего напряжения составляют температурные напряжения, их следует учитывать. В таких случаях при оценке вероятности хрупкого разрушения необходимо определить температурные напряжения и просуммировать их с механическими для получения общего значения напряжений. Например, в роторах паровых и газовых турбин температурные напряжения могут достигать (или даже превышать) значений напряжений от центробежных сил. [c.95]

Кроме дисков, в роторах имеются другие геометрические факторы (например, зубья, тепловые пазы и т. д.), которые являются концентраторами механических и температурных напряжений. Но они настолько локализованы, что если даже и инициируют усталостные трещины, то незначительно влияют или совсем не влияют на те напряжения, которые приводят к хрупкому разрушению. [c.97]

Уравнения (30) и (31) показывают, что температурные напряжения на поверхности или в центральном отверстии цилиндрического тела, например цилиндра и диска, пропорциональны разности между температурой поверхности или центрального отверстия и средней температурой цилиндра или диска. Эта зависимость позволяет быстро и легко определять температурные напряжения при резких изменениях температуры. Например, температура поверхности быстро изменяется, принимая новое значение, вследствие быстрого изменения температуры окружающей среды и высокого коэффициента теплопередачи поверхности (т. е. средняя температура не успевает существенно измениться). Тогда температурные напряжения на поверхности равны произведению начальной и средней температуры минус новая температура поверхности и Еа или Еа (1 — v), в зависимости от того, что имеется тонкий диск или длинный цилиндр. Напряжения в другом месте, не на поверхности или в центральном отверстии рассчитывают по уравнениям (28) или (29), так как внутренние температурные напряжения в любой точке радиуса г не пропорциональны разности между температурой в этой точке радиуса и средней температурой. Однако это может быть использовано для оценки вероятности хрупкого разрушения вследствие наличия дефектов в тех зонах, которые не относятся к поверхности или центральному отверстию ротора. [c.98]

Для описанных выше роторов расчет выполнялся с учетом условий разрушения в его последней стадии. Здесь уместно напомнить, что некоторые из этих роторов предварительно работали при частотах (и напряжениях) более высоких, чем частота вра-ш,ения в момент разрушения. Это можно объяснить, по крайней мере, двумя факторами. Во-первых, температура металла могла быть выше, чем в момент разрушения, что повышает сопротивление хрупкому разрушению или уменьшает критический размер треш,ины. Во-вторых, несколько циклов при повышенных напряжениях могли привести к заострению несплошностей и сделать их более опасными. Заострение, вероятно, трудно заметить на поверхности разрушения. [c.140]

При пусках же из холодного состояния при температуре глубинных слоев металла ниже порога хладоломкоети высокие растягивающие напряжения могут привести к хрупкому разрушению ротора. [c.229]

В исследованиях, проведенных с использованием теории механики разрушения Донбассэнерго, Институтом проблем прочности АН Украины, ВТИ, ЦНИИТМАШ и другими организациями, показано, что опасность хрупкого разрушения наиболее высока для роторов среднего и низкого давления, причем предельные дефекты, допускаемые в зоне осевой расточки при изготовлении роторов, могут быть обнаружены современными методами неразрушающего контроля. [c.229]

Дефекты I группы чаще приводят к типично хрупкому разрушению, а при равных размерах и даже при равных номинальных напряжениях эти дефекты сушественно более опасны, чем дефекты II группы, которые удалены от осевой расточки. Дефекты III группы встречаются наиболее часто, однако обычно они не могут служить непосредственной причиной хрупкого разрушения, кроме того, обнаружение дефектов III группы трудоемко и может осуществляться лищь на небольшом числе роторов. [c.229]

Исследования Института проблем прочности АН Украины показали, что опасность хрупкого разрушения для РВД всех типов и РСД турбин К-160-130 при пусках из неостывшего состояния невелика. Для роторов этих типов хрупкое разрушение возможно лишь при пусках из холодного состояния, если вблизи осевой расточки в районе 1-3-й ступени находядся протяженные дефекты ( /к > 22,7-24,6 мм, / — критическая глубина дефекта). [c.230]

Резкое повышение номинальных и местных напряжений в роторах приисхидит при возпикповеиии аварийных режимов — режимов коротких замыканий. Коэффициенты перегрузки роторов зависят от их крутильной жесткости и моментов инерции. Увеличение напряжений может достигать 20—30 % при ограниченном числе (порядка 10—50) таких перегрузок за весь срок эксплуатации. Соответствующие этим режимам циклические повреждения невелики по сравнению с повреждениями при работе на основных режимах. Однако опасность аварийных перегрузок повышается, если к моменту перегрузки в роторах будут дефекты типа макротрещин, превышающие по своим размерам допускаемые. В этом случае оценку прочности проводят по критериям механики хрупкого разрушения. [c.9]

Для температур металла выше 570° С применяют цельнокованые и сварные роторы из сталей аустенитного класса. Сталь ХН35ВТ (ЭИ612) можно применять до 650° С. При сварке роторов из аустенитных сталей особое внимание следует обращать на склонность этих сталей к хрупкому разрушению в околошовной зоне трещины могут появляться не [c.266]

При внезапной разбалансировке ротора, например, при вылете длинной лопатки, появляется поперечная неуравновешенная сила. Она многократно усиливается, если после отключения генератора от сети турбина какое-то время работает на критической частоте вращения. Известно, что даже пластичные материалы при динамическом приложении нагрузки разрушаются хрупко. Таким образом, высокие динамические напряжения изгиба в разбалансированном роторе приводят к быстрому появлению трещины усталости, ее развитию и, наконец, хрупкому разрушению. [c.479]

Стали относятся к мартенситному классу, закаливаются на воздухе, обладают малой склонностью к хрупкому разрушению, хорошо работают при динамических нагрузках и в условиях пониженных температур. Кроме того, стали слабо разупрочняются при нагреве и могут применяться при температурах до 300 - 400°С. Они предназначены для деталей наиболее ответственного назначения (валы и роторы турбин, тяжелонагру-женные детали компрессорных машин, редукторов). [c.266]

Конечноэлемептные расчеты ротора позволяют нам получпть зависимости жесткостных (илп электрических) характеристик и коэффициента интенсивности па-пря/кений от относительных размеров трещины, геометрии и схемы нагружения. Эти зависпмостн позволяют оценить допустимое число циклов нагружения до возникновения макротрещины и допустимое число циклов нагружения на стадгш ее медленного развития до момента хрупкого разрушения, с одной стороны, п организовать эксплуатационную диагностику ротора, с другой. Для диагностики очень удобен, например, так называемый метод вибродиагностики, позволяющий по измерениям собственных частот и форм колебаний контролировать рост скрытых трещин. [c.194]

Исшлтательные образцы. Для определения сопротивления хрупкому разрушению материалов, из которых изготовляют роторы, применяют различные образцы. Наиболее распространенными из них являются следующие 1) надрезанные образцы для статического изгиба 2) надрезанные плоские образцы для растяжения 3) надрезанные диски и цилиндры для разгонных испытаний 4) надрезанные образцы для внецентренного растяжения (WOL). На рис. 26—28 показаны форма и размеры перечисленных образцов и способ нагружения. [c.106]

Форма образцов и температурные явления. Для легированных сталей средней прочности, из которых обычно изготовляют роторы мощных турбогенераторных установок, установлено, что на зависимость сопротивления хрупкому разрушению от температуры влияют размер и острота надреза испытываемых образцов. Это подтверждается графиком, приведенным на рис. 30 (Лубан и Юкава, 1958 г. Юкава, 1961 г.), построенным по результатам испытания на изгиб образцов с надрезами различной остроты. При более высоких температурах наблюдается незначительное изменение сопротивления хрупкому разрушению, но при низких температурах крупные образцы с острыми надрезами значительно менее прочны, чем мелкие образцы. Переходный температурный интервал с увеличением размера и остроты надреза проявляется резче и смещается в сторону повышения температуры. Для самых крупных образцов с острыми надрезами переходное состояние наступает при температурах, соответствующих энергии разрушения 2 кгс-м для образцов Шарпи с V-образным надрезом. [c.113]

Для дисковых образцов с надрезом трудно установить влияние толщины из-за разброса результатов (Винн и Вундт, 1958 г. Сэнки, 1960 г.). Однако наиболее удобным является размер — 50 мм. В одном случае сопротивление хрупкому разрушению сечения ротора длиной —2 м было одного порядка с сопротивлением дискового образца толщиной 75 мм. [c.116]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...