ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ турбин

Изложены современные методы расчета и оптимизации параметров термоизоляции энергетических установок при стационарном и нестационарном режимах работы применительно к корпусам паровых и газовых турбин энергоблоков, трубопроводам теплотрасс и паропроводам, котельным и печным агрегатам. Рассмотрены теплоизоляционные конструкции с теплопроводными включениями и разнородными анизотропными материалами. Получены оценки для эффективных значений теплофизических характеристик термоизоляции из композиционных материалов различной структуры. Проведен учет зависимости теплофизических характеристик материалов от температуры и предложен приближенный метод определения термического сопротивления теплоизоляционных конструкций сложной формы с контролем погрешности расчета. [c.2]

В целях сохранения конденсата для питания паровых котлов на паротурбинных электростанциях применяют исключительно поверхностные конденсаторы. Конечная температура пара, отработавшего в турбине, при этом выше, чем при смешивающих конденсаторах рациональной конструкции (струйные противоточные), превышая температуру подогретой охлаждающей воды на величину недогрева" охлаждающей воды = обуславливаемую необходимостью преодоления термических сопротивлений передачи тепла от конденсируемого пара к воде через металлические стенки трубок конденсатора. [c.89]

При определении температурного поля внутреннего цилиндра турбины СВК-200 (гл. XIV) возникал ряд вопросов, требовавших специальных исследований. К их числу относились вопросы контактного теплообмена между ободами диафрагм и корпусом вопрос определения термического сопротивления ободов диафрагм теплообмен между паром и омываемыми им поверхностями вопросы лучистого теплообмена на различных участках корпуса, вопрос учета зависимости коэффициента теплопроводности от температуры. Особенно важным, на наш взгляд, при рассмотрении лучистого теплообмена является изучение его влияния на температуру цилиндра в зоне паровпуска, так как именно в этой зоне ввиду больших температурных разностей пренебрежение лучеиспусканием могло повлечь за собой наибольшие искажения в температурном поле цилиндра. [c.153]

Граничные условия взяты такие же, как в работе [82]. В местах контакта ободов диафрагм 10-й и 11-й ступеней с обоймой заданы приведенные значения коэффициентов теплоотдачи, учитывающие контактную проводимость и термическое сопротивление ободов. Контактный теплообмен между обоймой и корпусом моделировался непосредственно с помощью блока нелинейных сопротивлений, апробированного при исследовании турбины СВК-200 (см. предыдущий параграф). [c.164]

Параметр Ro = г /С о (1/2) 66//(il) ) можно рассматривать как суммарное термическое сопротивление теплопередачи между рабочим телом турбины с температурой и корневым сечением лопатки с температурой Tq. Этот параметр удобно использовать при проведении совместного теплового расчета лопаток и диска турбины, в ходе которого определяется и значение То- Истинному распределению (хз) соответствует максимальное значение Rq по сравнению со всеми другими возможными значениями, которые получаются на допустимых для (5.16) распределениях тЭ-(л з). [c.197]

На рис. 3-35 показана для турбинной лопатки ее проволочная модель-аналог. Проволочная модель выполняется в виде квадратной сетки в определенном масштабе. В качестве проволоки может быть использован калиброванный реостатный провод диаметром 0,4—0,5 мм. Проволочная сетка предварительно натягивается на шаблон, имеющий форму турбинной лопатки, а потом соединяется точечной сваркой в ме стах пересечения проволоки. Значения электрических сопротивлений подбираются так, чтобы они соответствовали термическим сопротивлениям элементов моделируемой тепловой системы, т. е. лопатки. [c.117]

Эти пределы установлены заводом-изготовителем исходя из того, что до их перехода упругое коробление цилиндров, являющееся следствием разности температур между их верхом и низом, не вызывает значительного перераспределения радиальных зазоров в уплотнениях и не приводит к местной выборке этих зазоров, а следовательно, и к задеванию роторов о гребни уплотнения. Появление температурной разности по диаметру цилиндра в процессе остывания турбины объясняется условиями конвективного теплообмена снаружи цилиндра. В силу движения воздуха вокруг турбины рассеиваемое цилиндром турбины в окружающую среду тепло по периметру поперечного сечения цилиндра неодинаково. Внизу цилиндра тепловой поток в окружающую среду наибольший, а вверху — наименьший. Поэтому по стенке цилиндра сверху вниз происходит передача тепла теплопроводностью и температурная разность верха и низа турбины определяется термическим сопротивлением по диаметру цилиндра. [c.322]

Большое развитие получает разработка вопросов сопротивления разрушению в вязкой и хрупкой области при ударном и статическом деформировании, позволившая классифицировать и в значительной мере объяснить природу возникновения двух типов изломов, охарактеризовать температур-но-скоростные зависимости механических свойств, оценить роль абсолютных размеров и напряженного состояния для хрупкого разрушения и предложить предпосылки расчета на хрупкую прочность (Н. Н. Давиденков). Эти работы способствовали решению практических задач выбора материалов и термической обработки для изготовления крупных паровых котлов, турбин, объектов транспортного машиностроения, химической аппаратуры повышенных параметров и других производств, получивших большое развитие в этот период. С этим связано и расширение работ по исследованию усталости металлов, которое сосредоточивается на изучении условий прочности и обосновании соответствующих расчетных предпосылок в зависимости от вида напряженного состояния, качества поверхности и поверхностного слоя, условий термической обработки (И. А. Одинг, С. В. Серенсен), в первую очередь применительно к легированным сталям, производство которых в больших масштабах было организовано для нужд моторостроения, турбостроения, транспортного машиностроения и других отраслей, изготовляющих высоконапряженные в механическом отношении конструкции. [c.36]

Кроме этого, циклическое нагружение нестационарно — величины циклических нагрузок различны в пределах каждого блока, соответствующего одному полету. Особенностью нагружения деталей ГТД является то, что интенсивное малоцикловое и статическое нагружение происходит с одновременным действием вибрационных напряжений, вызывающих механическую усталость материала деталей. В тех случаях, когда нагружение или разгрузка деталей (рабочие лопатки турбин, диски, корпуса) сопровождается увеличением или уменьшением температуры, механическое циклическое нагружение дополняется термическим, и при этом сопротивление малоцикловой усталости должно быть определено с учетом фактора переменности температуры в течение цикла. Для ряда деталей (сопловые лопатки, форсунки, экраны камер сгорания, элементы форсажных камер) термические напряжения являются основными и необходима оценка сопротивления термической усталости. [c.75]

Сопротивление детали паровой турбины малоцикловой термической усталости в значительной мере зависит от наличия концентраторов. Для области действия термической усталости следует говорить не о концентрации напряжений, а о концентрации деформаций. К концентраторам следует отнести не только неравномерности поверхности детали (надрезы, выточки, острые кромки, отверстия), но также неоднородность структуры и механических свойств (анизотропия), вызываемые несовершенной термической обработкой, наклепом и т. д. Ускорение образования трещин термической усталости при наличии концентраторов подтверждается многочисленными экспериментами. Так, например, мелкие неровности на поверхности деталей оказывают существенное влияние на появление трещин. При грубой шлифовке, когда высота неровностей доходит до 2,5 мкм, число циклов, вызывающее трещины, оказывается втрое меньшим, чем при более чистой обработке, когда высота неровностей равна 0,25 мкм. Большое значение имеет не только чистота поверхности, но и ориентация неровностей (рисок) относительно направления термических напряжений. [c.23]

ВИЯХ или упрощенных их моделей в условиях максимально приближенных к рабочим. Обычно проводят натурные испытания деталей серийного или массового производства, таких как лопатки и диски турбин, элементы паропроводов, арматуры и т. п. Основная цель подобных испытаний состоит в определении прочности или ресурса работы детали при теплосменах. Для общей оценки сопротивления материала термической усталости эти испытания малопригодны. [c.26]

С интенсивным повышением жаропрочности аустенитной стали при резком падении длительной пластичности понижается сопротивление термической усталости. Использование высокожаропрочных сталей для элементов энергетических установок, работающих при переменных тепловых нагрузках, в целом ряде случаев может оказаться нецелесообразным. Сказанное подтверждают данные эксплуатации корпусов стопорных клапанов турбины СКР-100 [40]. [c.148]

Большим сопротивлением термической усталости корпусов обладает конструкция с двойным корпусом и сопловыми коробками (см. рис. 3.28). Образование трещин происходило и в таких турбинах, например, во внутреннем корпусе первых турбин К-300-23,5, однако их причиной были не термическая усталость, а другие явления, обычно литейные пороки. [c.495]

На лопатки турбины, определяющие долговечность всего агрегата, действуют центробежные силы, обусловленные их вращением, усилия статического изгиба под действием давления пара, и вибрационные нагрузки. В связи с этим для лопаток высокотемпературной ступени, находящихся под действием высокого давления, важным является обеспечение высокого сопротивления динамической ползучести, высокотемпературной многоцикловой усталости, термической усталости. К материалам для ступени низкого давления предъявляются высокие требования к прочности при растяжении, сопротивлению усталости и демпфирующей способности. [c.26]

Направляющие (сопловые) стационарные лопатки. Эти лопатки на выходе из камеры сгорания ускоряют горячий рабочий поток газов и разворачивают его под нужным углом для входа в рабочую часть турбины Так как здесь работы газ не совершает, то его температура снижается только за счет подаваемого компрессором воздуха, а так как температура газов превышает температуру плавления металла лопаток, требуется их охлаждение. Равномерное охлаждение практически неосуществимо, и в лопатках возникают термические напряжения, вызывающие МЦУ и усталостное растрескивание. Давление потока газов вызывает высокотемпературную ползучесть металла, который должен обладать высоким сопротивлением ползучести. [c.299]

Настоящий обзор подтверждает, что композиционные материалы, состоящие из жаропрочного сплава и тугоплавкой проволоки, характеризуются достаточно высокими значениями прочности и сопротивлением удару, что обусловливает значительные потенциальные возмон иости их использования для усовершенствованных лопаток газовых турбин. Полученные данные также указывают на потенциальную возможность увеличения рабочих температур материалов лопаток турбин до 1200° С и выше. Однако до сих пор получено небольшое число данных по окислению, эрозии и сопротивлению термической и механической усталости композиционных материалов. Необходимы дополнительные испытания для определения служебных характеристик композиций жаропрочный сплав — тугоплавкая проволока при всех условиях воздействия среды и нагружения. Легко воспроизводимые хорошие механические свойства и высокие потенциальные возможности увеличения долговечности работы турбин обосновывают необходимость дальнейших работ по всесторонней оценке свойств этих материалов. Может быть сделан ряд выводов, [c.273]

Стали первой группы используют в термически обработанном состоянии. Оптимальная термическая обработка заключается в закалке или нормализации после нагрева до 950- 1100 °С (для растворения карбидов) и отпуске при 600 — 740 °С. Структура термически обработанной стали — смесь легированного феррита и мелких карбидов — обеспечивает необходимую жаропрочность, сопротивление коррозии и релаксационную стойкость. Благодаря высокому содержанию легируюш их элементов стали глубоко прокаливаются даже при нормализации (до 120 - 200 мм) и поэтому более пригодны для деталей крупных сечений, чем перлитные стали. При высоком содержании хрома (10 - 12 %) и других ферритообразующих элементов и низком содержании углерода стали становятся мартенситно-ферритными. Количество неупрочняемого при термической обработке феррита невелико, по жаропрочным свойствам мартенситные и мартенситно-ферритные стали близки. При длительной эксплуатации они могут применяться до 600 °С. Мартенситные стали данной группы имеют разнообразное применение в паровых турбинах из них изготовляют диски, лопатки, бандажи, диафрагмы, роторы, а также трубы и крепежные детали. [c.501]

В связи с существенным влиянием на сопротивление усталости лопаток роторов компрессора и турбины конструктивных, технологических, эксплуатационных факторов, механических свойств металла, условий механического и термического воздействия широкое распространение получили испытания натурных лопаток. [c.244]

Теплоустойчивыми называются сталп, предназначенные для длительной работы при температурах 450—600° С. Эти стали используются преимущественно в энергетическом машиностроении при изготовлении деталей паровых котлов, турбин, атомных реакторов и теплообменников. В соответствии с условиями длительной работы под напряжением при высоких температурах теплоустойчивые сталп должны обладать сопротивлением ползучести, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и жаростойкостью. Перечисленные свойства достигаются путем специального их легирования и применением термической обработки. [c.85]

Сопротивление ползучести, кГ/мм (для тангенциальных образцов, взятых из турбинного диска, термически обработанного на твердость Я =212—223, данные ЦКТИ) [c.402]

В двухтактных двигателях с противоположно движущимися поршнями получаются лучшая продувка, а также меньшее сопротивление и соответственно меньшие потери давления на выпуске. В связи с этим в них возможно более эффективное использование выпускных газов в импульсной турбине. Но эти двигатели предъявляют повышенные требования к материалу основных деталей, в частности для поршня, управляющего выпуском, необходим материал, наиболее стойкий в термическом отношении. [c.29]

Наклеп отрицательно влияет также на сопротивление термической усталости, сокращая число теплосмен [24] особо нежелателен он при наличии концентраторов напряжений [25]. Поверхностный наклеп деталей (лопаток турбин реактивных двигателей), создаваемый при механической обработке, отрицательно сказывается на их длительной прочности [24]. [c.720]

Факторы, влияющие на сопротивление термической усталости. Статическая нагрузка. Термоциклическое воздействие на детали обычно сочетается с постоянной нагрузкой в дисках и лопатках турбин — от центробежных сил, в паропровода-х — от внутреннего давления и т. д. Как и при обычной усталости, статическая нагрузка может значительно уменьшить время до разрушения детали. [c.79]

Для дисков турбин ГТУ разного назначения перечисленные выше требования к материалу не могут быть сформулированы в виде перечня конкретных значений пределов текучести, ползучести, длительной прочности, пластичности, сопротивления термической и механической усталости, релаксации, склонности к хрупким разрушениям, количеству и размерам допустимых металлургических дефектов критическим значениям коэффициента интенсивности напряжений при циклическом нагружении и т.д. Тем не менее в настоящее время установились некоторые представления о механических свойствах, которыми должны обладать разрабатываемые материалы дисков ГТУ различных типов. [c.37]

В настояш,ее время наибольшее применение нашли гладкотрубчатые теплообменные аппараты с диаметрами трубок в пределах 8-г-40 мм. В аппаратах высокого давления и имеюш,их разные коэффициенты теплоотдачи между поверхностью нагрева и обоими теплоносителями (например, в регенераторах газовых турбин) широко применяется оребрение трубок с той стороны, где больше термическое сопротивление. Применение оребрения в условиях высокого давления сжатого воздуха особенно перспективно в связи с тем, что в оребренных трубках только незначительная доля поверхности теплообмена подвержена воздействию давления и должна изготавливаться из толстостенных труб. В результате достигается значительная экономия в весе оребренной поверхности нагрева по сравнению с гладкотрубной. [c.199]

С увеличением мощности турбин темп остывания роторов уменьшается, в то время как темп остывания корпусов практически сохраняется постоянным. Это обстоятельство иллюстрируется данными, приведенными в табл. 5.3, и объясняется следующим образом. С ростом мощности возрастает масса ротора, прежде всего за счет радиальных размеров. В то время эквивалентное термическое сопротивление от центра ротора до места отвода теплоты в подшипниках практически не изменяется, так как определяется в основном осевыми размерами. Для корпусов же основной отвод теплоты при остывании происходит в радиальном направлении через изоляцию. Поэтому в первом приближени процесс остывания корпуса можно сравнивать с остыванием изолированной пластины (криволинейностью поверхности стенок цилиндра можно пренебречь в связи с тем, что толщина стенок намного, меньше диаметра цилиндра). Темп остывания [c.148]

Изложены методы расчета и оптимизации параметров термоизоляции энергетических установок (паровых и газовых турбин, котельных и печных агрегатов, паропроводов и др.) при стационарном и нестационарном режимах работы. Рассмотрены теплоизоляционные конструкции с теплопроводными включениями и разнородными анизотропными материалами. Даны оценки эффективных значений теплофизических характеристик термоизоляции из композицкГон-ных материалов различной структуры. Предложен приближенный метод определения термического сопротивления теплоизоляционных конструкций сложной формы. [c.192]

Развитие современной техники сопровождается интенсивным повышением тепловых нагрузок узлов и деталей конструкций. Значительные по величине тепловые потоки имеют место при работе высокофорсированных реактивных и газотурбинных двигателей, атомных реакторов, летательных аппаратов, паровых турбин и т. п. На тепловой режим узлов и деталей значительное влияние оказывает так называемое термическое сопротивление контакта, обусловленное несовершенством механического соединения контактируюш,их поверхностей. Этому вопросу в настоящее время посвяш,ено значительное количество работ. Однако, несмотря на обширный ма-териа.[1, ощущается недостаток в обобщении ряда вопросов теплообмена в контактной зоне. Так, в имеющейся литературе отсутствуют исчерпывающие данные [c.3]

Приведенные примеры расчета сопловых лопаток турбин (эти детали наиболее подвержены воздействию термощикличес-ких нагрузок) свидетельствуют о следующем. При значениях температуры цикла тах, которые существенно увеличивают пластичность материала (1050—1100°С), влияние амплитуды деформации на долговечность уменьшается — запас пластичности материала достаточно велик. При тах=Ю00°С, когда пластичность сплава ЖС6К резко уменьщается, роль термических напряжений существенно возрастает, что приводит к уменьшению долговечности. В лопатке всегда имеются зоны, нагретые до различных температур следовательно, сопротивление термической усталости различное в разных точках, и не всегда трещины термоусталости возникают в наиболее нагретых зонах. Часто они появляются в переходных областях (от горячих зон к холодным), что может быть связано с местным уменьщением деформационной опособности материала. В связи с этим расчет теплового и напряженного состояний лопаток для дальнейщей оценки их сопротивления термоусталости следует выполнять не для одного опасного сечения, а для нескольких сечений по высоте лопатки. [c.180]

Что касается влияния термоциклирования на сопротивление разрушению металлов (без приложения извне механических нагрузок), то оно, как указано выше, может быть самостоятельной причиной усталости металла. Так циклическое изменение температуры в интервале 700-1050°С с периодичностью 15 с приводит к появлению термических напряжений на кромках лопаток турбин от а =66 МПа до =32 МПа (Чупри- [c.110]

В период с 1940 до 1965 г. наибольшее внимание уделяли таким свойствам материалов турбинных лопаток авиадвигателей, как высокотемпературный предел прочности при растяжении, предел длительной прочности до 5000 ч и стойкость против окисления. С другой стороны, конструкторам промышленных турбин были нужны лопаточные сплавы, у которых длительная прочность надежно определена для гораздо большего срока службы, и которые хорошо сопротивляются горячей коррозии. Теперь и конструкторы авиадвигателей с увеличенной долговечностью, и конструкторы промышленных газовых турбин, компенсирующих пиковые потребности в производстве электроэнергии, нуждаются в материалах, сочетающих совокупность вышеупомянутых свойств с превосходным сопротивлением МНОГОЩ1КЛОВОЙ и малощ1кловой термической усталости. Таким образом, чтобы обеспечить высокую работоспособность и надежность двигателям авиационных транспортных систем повышенного качества с ресурсом 20000—50000 ч н промышленным турбинам с ресурсом 100000 ч, необходим учет многих факторов. [c.128]

Предлагаемая книга посвящена проблеме термической усталосте, т.е процессу появления поверхностных трещин и их постеленного развития вплоть до полного разрушения изделий, работающих в условиях циклических нагревов и охлаждений, сопровождающихся созданием больших градиентов температур по сечению детали. На основе обобщения литературных сведений, данных эксплуатации разнообразногб технологического и энергетического оборудования в ПНР, а также используя собственные производственные и лабораторные исследования, автор сделал попытку установить общие закономерности влияния многочисленных факторов (условий службы, химического состава, структуры и физико-механических свойств материалов) на српротивлен термической усталости конкретных изделий (стальных форм для литья чугунных труб, инструмента горячей и холодной штамповки, прокатных валков, деталей термического оборудования, роторов турбин и др.). При этом приведены практические рекомендации по выбору материалов, термической, химико-терми-ческой и других видов обработки с целью повышения сопротивления усталости изделий, работающих в условиях циклических термических нагрузок. Дано также описание основных методов исследования структуры и свойств материалов при термической усталости. [c.6]

При использовании материала для изготовления лопаток турбины конструктор должен иметь сведения о его сопротивлении усталости в условиях ограниченного расширения и я aтия тонких сечений в процессе термоциклирования. Высокая усталостная прочность при продольных испытаниях эвтектик предполагает, что они должны обладать высоким сопротивлением поперечному растрескиванию, которое является обычным способом усталостного разрушения монолитных (некомпозиционных) материалов. Под воздействием сдвиговых термических напряжений могут, однако, возникать продольные трещины, поэтому необходимо [c.153]

Турбина. Горячие газы направляются с помощью неподвижных направляющих сопловых лопаток на рабочие лопатки турбины, приводя таким образом ротор во вращение. Сопловые лопатки являются неподвижными деталями и не подвергаются высоким механическим нагрузкам. Их рабочие температуры достигают 1100 °С, так как горячие газы, входящие в турбинную секщпо, попадают сначала непосредственно на сопловые лопатки первой ступени. Основным требованием к материалам этих деталей является сопротивление ползучести при очень высоких температурах, сопротивление термической усталости, стойкость в условиях газовой коррозии и эрозии. [c.578]

Защитные покрытия. Сопротивление термической усталости металла резко уменьшается в случае повреждения поверхностных слоев окисления границ зерен, коррозионного растрескивания, обеднения легирующими элементами. Защитный механизм большинства покрытий основан на образовании стойких окислов, например, AI2O3. Термостойкость детали с алитированным слоем выше, чем незащищенной.. Это подтверждается, в частности, испытанием лопаток газовых турбин, работающих при невысоком уровне термонапряжений и в области умеренных температур —до 1000° С. Сопротивление термоусталостному растрескиванию алитирован-ных лопаток в 1,5. .. 2 раза выше (по долговечности) по сравнению с неалитированными. С увеличением степени агрессивности среды роль защитных покрытий возрастает. [c.174]

Сопротивление ползучести, кГ/.и.и (для металла турбинного диска из стали 34ХНЗМ, термически обработанного на твердость НВ = 293—311, тангенциальные образцы, по данным ЦКТИ) [c.414]

По условиям работы лопаток паровых турбин (пульсирующий удар струп, выходящей из сопловых аппаратов) сталь 1X13 должна иметь высокое сопротивление усталости. Как следует из данных табл. 6, предел выносливости сталей после надлежащей термической обработки при комнатной температуре составляет 0,5 аь- [c.1273]

Сплавы на никелевой основе. В качестве материалов для деталей газовых турбин широко применяются сплавы на никелевой основе, упрочненные дисперсной интерметаллидной у -фазой №зТ1А1, выделяющейся в процессе технологического старения. При дополнительном легировании сплавов кобальтом упрочняющей фазой является (К1Со)зТШ. В зависимости от количества у -фазы (содержания А1 Т1) и характера легирования твердого раствора сплавы на никелевой основе обладают различными жаропрочностью и сопротивлением термической усталости (рис. 1.24 и 1.25). Повышением жаропрочности сплавов системы N1 - Сг - Т1 - А1 достигается при их легировании молибденом. Положительное влияние на длительную прочность оказывают также малые добавки бора, щелочноземельных и редкоземельных элементов. Бор, выделяясь при старении сплава в виде боридных фаз преимущественно по границам зерен, тормозит диффузионные процессы, повышая тем жаропрочность, а в ряде случаев приводит к увеличению длительной пластичности. Влияние малых добавок щелочно- и редкоземельных элементов на длительную прочность определяется их рафинирующим действием в связи с химической активностью по отношению к вредным примесям (8, РЬ, В1, 8Ь), в результате чего эти примеси связываются в тугоплавкие соединения. Кристаллохимическими исследсюаниями установлено, что у -фаза имеет параметр решетки, весьма близкий к параметру решетки твердого раствора. Чем меньше разница указанных величин, тем интенсивнее происходит распад у-твердого раствора при охлаждении на воздухе и тем большей стабильностью против температурного воздействия обладает образующаяся з фаза. Интенсивность процессов выделения у-фазы и размеры частиц за- [c.51]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...