|
Стр. 2
приведено в РД 153-34.0-20.605-2002-13вк (Приложение 13).
2.5. Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД).
2.5.1. Магнитопорошковая дефектоскопия зон ротора проводится
перед УЗК в целях выявления поверхностных дефектов типа трещин,
рыхлости и др.
2.5.2. Технология МПД реализуется в соответствии с ГОСТ
21105-75 [3.7] и Инструкцией по применению портативных
намагничивающих устройств для проведения МПД деталей
энергооборудования [3.38].
2.5.3. МПД выполняется после зачистки поверхности
контролируемого элемента согласно требованиям [3.67].
2.5.4. МПД проводится в соответствии с [3.38] способом
циркулярного намагничивания путем пропускания тока по
контролируемой части изделия или продольного (полюсного)
намагничивания электромагнитом.
2.5.5. Дефектные места могут быть выбраны шлифовальной
машинкой и повторно проконтролированы МПД или травлением.
2.6. Вихретоковый контроль (ВТК).
2.6.1. Технология вихретокового контроля (ВТК) предназначена
для выявления и измерения глубины трещин, выходящих на
контролируемую (наружную или внутреннюю) поверхность. ВТК
регламентирована [3.67] и может использоваться в зависимости от
ситуации наряду с МПД, УЗК, цветной дефектоскопией.
2.6.2. Технология ВТК обеспечивает получение результата с
установленной погрешностью измерения при доверительной вероятности
0,9.
2.6.3. Основной особенностью технологии ВТК является
возможность ее реализации без зачистки контролируемой поверхности
(окалина, ржавчина и др.) или с грубой ее зачисткой. Почти не
реагируя на такой фон, индикатор глубины трещин (ИГТ) создает
отклик на трещины определенных размеров.
2.6.4. При ВТК центральной полости ротора вихретоковый датчик
устанавливается на штангу, которая может перемещаться по длине
полости и по окружности ее внутренней поверхности.
2.6.5. Подробное описание технологии вихретокового контроля
приведено в РД 153-34.0-20.605-2002-12вт (Приложение 12).
2.7. Контроль по аммиачному отклику детали (ДАО-контроль).
2.7.1. Контроль поверхности элементов ротора по ДАО-технологии
реализуется в соответствии с РД 34.17.МКС.007-97 [3.65] и
предназначен, наряду с МПД и цветной дефектоскопией, для
обнаружения поверхностных дефектов (трещин, отдельных пор, цепочек
пор, эрозионно-коррозионных повреждений и т.п.).
2.7.2. При шероховатости контролируемой поверхности R = 40
z
мкм уровень чувствительности контроля обеспечивает выявление
трещиноподобных дефектов с раскрытием более 1 мкм, глубиной более
0,3 мм, протяженностью более 0,3 мм, а также отдельных пор,
цепочек пор, поверхностных эрозионно-коррозионных повреждений
диаметром более 10 мкм, глубиной более 0,3 мм.
2.7.3. Основными дефектоскопическими материалами при
использовании данной технологии являются водный раствор аммиака
концентрацией 25% и индикаторная бумага, изготовленная ОС
"Живучесть ТЭС".
2.7.4. Для документирования результатов контроля может быть
использована следующая аппаратура: фотоаппарат, цифровой
фотоаппарат, видеокамера, копировальный аппарат, сканер.
2.7.5. Контроль по ДАО-технологии следует проводить до
ультразвукового контроля.
2.7.6. Для проведения контроля по ДАО-технологии необходимо
очистить поверхность окалины абразивным камнем.
2.7.7. Насыщение поверхности аммиаком проводится путем
наложения аппликации из ткани, смоченной водным раствором аммиака,
и выдержки ее под газонепроницаемой пленкой в течение 15 - 20 мин.
2.7.8. Регистрация дефектов проводится через 1 - 1,5 мин.
после снятия аппликации путем наложения на контролируемый участок
индикаторной бумаги и ее выдержки в течение 1 минуты.
2.7.9. При ДАО-контроле ЦПР используется специальное
приспособление, позволяющее подать аммиак на контролируемый
участок, затем наложить на него бумагу и снять отпечаток.
2.7.10. Тип дефекта устанавливают по конфигурации
ДАО-портретов на лицевой поверхности индикаторной бумаги.
2.7.11. Местоположение соответствующих дефектов на поверхности
ротора определяют по местоположению ДАО-портретов на индикаторной
бумаге в соответствии с разметкой контролируемого участка.
2.7.12. Полученные ДАО-портреты документируют одним из
доступных способов, в том числе с помощью аппаратуры, указанной в
п. п. 2.7.3 и 2.7.4.
2.7.13. Подробное описание технологии ДАО-контроля приведено в
РД 153-34.0-20.605-2002-11ао (Приложение 11).
2.8. Ультразвуковой контроль (УЗК).
2.8.1. Ультразвуковой контроль элементов (зон) ротора
проводится для выявления дефектов, выходящих как на внутреннюю и
наружную поверхности, так и не выходящих на эти поверхности без
установления типа дефекта. Технология УЗК реализуется в
соответствии с ГОСТ 12503-75 [3.11].
2.8.2. Технология УЗК центральной полости ротора
регламентирована РД 153-34.0-20.605-2002-02ур (Приложение 2).
2.8.3. Наиболее часто встречающимися дефектами в элементах
ротора могут быть: риски, коррозионно-усталостные трещины,
коррозионные язвины, трещины ползучести и усталости.
2.8.4. УЗК рекомендуется проводить после ВК, МПД, ВТК,
ДАО-контроля.
2.8.5. Оценка качества элементов ротора проводится на
основании сопоставления параметров эхо-сигналов от дефекта и
отражателя на испытательном образце соответствующего типоразмера.
2.8.6. Испытательные образцы для контроля элементов
изготавливаются из специальных заготовок. Материал образцов должен
соответствовать материалу контролируемого элемента. При контроле
элементов ротора, находящегося в эксплуатации более 50 тыс. ч,
образцы рекомендуется изготавливать из заготовок, проработавших
такой же срок.
2.8.7. Для УЗК применяются ультразвуковые дефектоскопы с
датчиками, имеющими углы входа луча 60 и 90-.
2.9. Измерение твердости (ТВ).
2.9.1. Измерение твердости применяется для оценки прочностных
свойств металла элементов ротора.
2.9.2. Измерение твердости выполняется с помощью переносных
твердомеров по технологии, регламентированной ГОСТ 18661-73 [3.3].
На каждом элементе должно быть проведено не менее трех измерений в
разных местах по периметру.
2.9.3. Твердость металла определяется как среднее
арифметическое значение результатов отдельных измерений, которые
не должны отклоняться от нормативных значений более чем на 7%.
2.10. Измерение биения ротора.
2.10.1. Проверка биения (прогиба) ротора проводится при каждом
капитальном ремонте в местах, указанных в заводском формуляре.
2.10.2. Измерение проводится в радиальном направлении
индикатором ИЧ-10Б, укрепленном на штативе с магнитным основанием
при повороте ротора в собственных подшипниках.
2.10.3. Показания индикатора фиксируются и заносятся в
формуляр. Обычно места измерений соответствуют отверстиям под
собственные болты в полумуфте.
2.10.4. Данное измерение можно проводить на балансировочном
станке, используя жесткую подставку для установки штатива с
индикатором.
2.11. Измерение шероховатости.
2.11.1. В станционных условиях измерение шероховатости
поверхностей элементов (зон) ротора проводится в соответствии с
ГОСТ 2789-73 [3.19] методом сравнения с образцами-эталонами
шероховатости с использованием лупы.
2.12. Микроструктурный мониторинг (ММ).
2.12.1. Назначение и область применения.
2.12.1.1. Технология микроструктурного мониторинга металла
элементов ротора реализуется в соответствии с РД
153-34.1-17.421-98 (РД 10-262-98) [3.66], РД 34.17.401-95 [3.33] и
ОСТ 34-70-690-96 [3.24].
2.12.1.2. При проведении микроструктурного мониторинга, в
первую очередь, необходимо ориентироваться на изменения основных
характеристик микроструктуры металла, контролируемых при монтаже
оборудования и во время капитальных ремонтов. При необходимости
контроль элементов ротора может осуществляться также в периоды
остановов энергоблоков на средний или внеплановый ремонт.
2.12.1.3. Технология микроструктурного мониторинга включает:
определение мест контроля, подготовку шлифов, выборку
микрообразцов или снятие реплик, металлографический анализ
средствами оптической и электронной микроскопии с записью и
компьютерной обработкой портретов микроструктур, наполнение базы
данных по микроструктурам металла образцов и работу с этой базой.
2.12.2. Методы металлографического анализа и условия их
применения.
2.12.2.1. Состояние структуры металла элементов ротора в
условиях эксплуатации определяют неразрушающими методами с
помощью:
- изготовления металлографических шлифов непосредственно на
элементах с последующим просмотром и регистрацией структуры либо с
применением переносных микроскопов, оснащенных фото- или
видеокамерой, либо путем снятия реплик (оттисков) с
подготовленного на элементе металлографического шлифа и
последующего их анализа в металлографических лабораториях;
- отбора микрообразцов, не нарушающих целостность элементов, с
последующим анализом в металлографических лабораториях.
2.12.2.2. Определение опасных мест элементов ротора, из
которых должны производиться выборка микрообразцов или снятие
реплик, осуществляется как на основании расчетов (максимальное
исчерпание ресурса), так и с учетом мирового опыта, основанного на
статистике повреждений и результатов испытаний образцов металла и
ротора в целом. При выборе мест для микроструктурного мониторинга
используются также специальные средства неразрушающего контроля
(УЗК, МПД, ВТК, ДАО-технологии).
2.12.2.3. Контроль микроповреждений на поверхности дисков и
полумуфт в опасных местах сначала осуществляется на предварительно
подготовленных площадках-шлифах с помощью переносного микроскопа
и/или методом реплик. Затем в местах, где выявлены микродефекты,
для определения микроповреждений на поверхности и по глубине
поверхностного слоя производится выборка микрообразцов.
2.12.2.4. Для контроля микроповрежденности металла ЦПР,
тепловых канавок, пазов дисков под лопатки производится выборка
микрообразцов.
2.12.2.5. Особенности мониторинга микроструктуры металла ЦПР
изложены в РД 153-34.0-20.605-2002-03цп (Приложение 3).
2.12.3. Снятие реплик, выборка микрообразцов, подготовка
шлифов.
2.12.3.1. Снятие реплики (оттисков) для металлографического
анализа проводится по технологии, регламентированной ОСТ
34-70-690-96 [3.24].
2.12.3.2. Размеры шлифа для снятия реплик определяются
возможностью его изготовления и необходимостью иметь полированную
площадку с размерами не менее 30 х 20 мм. При подготовке шлифа
должен быть удален обезуглероженный слой металла. Толщина
удаляемого слоя металла не должна превышать 1 мм.
2.12.3.3. Выборка микрообразцов выполняется методом
электроэрозионной резки при помощи специального устройства; при
выборке микрообразцов из ЦПР такое устройство монтируется на
специальную штангу.
2.12.3.4. Глубина лунки, создаваемой при выборке микрообразца,
не должна превышать 1,8 мм. Лунка удаляется механическим способом
с помощью шлифовальной машинки с мелкозернистым наждачным камнем
диаметром 30 - 50 мм, в результате чего образуется плоская лыска
со сглаженными кромками с характерным размером 20 - 30 мм. При
этом толщина удаленного слоя не должна превышать 2 мм.
2.12.3.5. Подготовка шлифов на элементах для снятия реплик и
контроля с помощью переносного микроскопа, а также для
исследований на стационарных микроскопах выполняется согласно
требованиям ОСТ 34-70-690-96 [3.24].
2.12.3.6. Зоны, где должна проводиться выборка микрообразцов
из РВД и РСД, указаны на рис. 1 (не приводится).
2.12.4. Исследование микроструктуры и поврежденности металла.
2.12.4.1. Микроструктурный анализ металла образцов включает:
оценку наличия и характера распределения неметаллических
включений, определение величины зерна, ориентации и распределения
отдельных структурных составляющих, их микротвердости,
особенностей возникновения и развития микроповреждений металла.
2.12.4.2. Металлографический анализ шлифов микрообразцов
проводится на металлографических микроскопах, при 50 -
1000-кратных увеличениях, позволяющих наблюдать шлиф в отраженном
свете. При необходимости, такие же шлифы можно использовать для
электронной растровой микроскопии при увеличениях до 2000 - 5000
крат.
2.12.4.3. Дефекты типа макропор, трещин, неметаллических
включений выявляются на полностью подготовленных шлифах в
нетравленом состоянии при 50 - 100-кратных увеличениях.
Определение неметаллических включений проводится в соответствии с
ГОСТ 1778-70 [3.15].
2.12.4.4. Оценка величины зерна проводится в соответствии с
ГОСТ 5639-82 [3.6].
2.12.4.5. Металлографический анализ реплик проводится по
технологии, аналогичной применяемой при исследовании микрошлифов
образцов. Анализ осуществляется на металлографических микроскопах
при 50 - 1000-кратных увеличениях в отраженном свете. В результате
анализа определяются величина зерна, наличие, форма и размеры
неметаллических включений, микроструктура и морфологические
особенности микроповрежденности порами, цепочками пор,
микротрещинами.
2.12.4.6. В результате исследования микрообразцов, реплик
дается характеристика микроструктуры и оценивается
микроповрежденность металла элементов роторов.
2.12.4.7. Категории повреждения микроструктуры (КПМ) металла
роторных сталей в процессе длительной эксплуатации от исходного
состояния до образования макротрещин устанавливаются по шкалам
микроструктур в соответствии с табл. 1.
Таблица 1
КАТЕГОРИИ ПОВРЕЖДЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ (КПМ) РВД И РСД
ПАРОВЫХ ТУРБИН В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
----T------------------------------------------------------------¬
¦КПМ¦ Характеристика микроструктуры ¦
+---+------------------------------------------------------------+
¦1 ¦Микроструктура в пределах сдаточных исходных - бейнитная, ¦
¦ ¦ферритно-бейнитная. Металлографические дефекты отсутствуют ¦
+---+------------------------------------------------------------+
¦2 ¦Небольшие изменения исходной микроструктуры на начальной ¦
¦ ¦стадии старения, например увеличение количества карбидов ¦
+---+------------------------------------------------------------+
¦3 ¦Изменение исходной микроструктуры (сфероидизация бейнита - ¦
¦ ¦2-й балл по шкале сфероидизации - ОСТ 34-70-690-96) или вы- ¦
¦ ¦являются металлургические дефекты менее критического размера¦
+---+------------------------------------------------------------+
¦4 ¦Заметные изменения исходной микроструктуры (сфероидизация ¦
¦ ¦бейнита - 3-й балл по шкале сфероидизации - ОСТ 34-70-690- ¦
¦ ¦96); отсутствие микропор размером > 1 мкм (не выявляются при¦
¦ ¦исследовании методом оптической микроскопии) ¦
+---+------------------------------------------------------------+
¦5 ¦Большие изменения микроструктуры - наличие микропор размером¦
¦ ¦> 1 мкм; (сфероидизация бейнита - 4-й балл и выше по шкале ¦
¦ ¦сфероидизации - ОСТ 34-70-690-96) ¦
+---+------------------------------------------------------------+
¦6 ¦Наличие цепочек пор и/или микротрещин глубиной < 0,2 мм ¦
+---+------------------------------------------------------------+
¦7 ¦Наличие макротрещин глубиной > 0,2 мм ¦
L---+-------------------------------------------------------------
2.13. Компьютерная запись и обработка микроструктур.
Микроструктуры фиксируются в памяти компьютера в виде
растровых файлов (портретов) в стандартных графических форматах
ВМР или JPEG. Для этой цели используется специальный комплекс,
состоящий из микроскопа, сканирующего устройства (цифровой
видеокамеры или фотоаппарата, имеющих интерфейс с компьютером) и
компьютера.
Специально разработанное программное обеспечение позволяет
улучшить визуальные характеристики портрета, в том числе:
увеличить контрастность и выровнять освещенность, уменьшить
высокочастотный шум; а также определить такие количественные
характеристики микроструктуры как средний размер зерна,
максимальный и средний размер пор, средний размер и плотность
распределения карбидов и другие.
Наличие банка портретов микроструктур с различной
поврежденностью позволяет создавать электронные атласы
микроструктур для применяющихся в теплоэнергетике сталей.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИИ ОПАСНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ РОТОРА
В СООТВЕТСТВИИ С РАСЧЕТНЫМ ЗНАЧЕНИЕМ НАКОПЛЕННОГО
ПОВРЕЖДЕНИЯ
3.1. Общие положения.
3.1.1. Суммарная поврежденность элементов ротора определяется
по формуле линейного накопления повреждения:
П = П + П ,
с ц
где:
П - статическая составляющая поврежденности;
с
П - циклическая составляющая поврежденности.
ц
3.1.2. В связи с неопределенностью многих факторов, влияющих
на результаты расчета суммарной поврежденности, расчет выполняется
со значительными упрощениями, которые заключаются в следующем:
- вместо точного учета изменения параметров пара вводятся
усредненные параметры и циклы;
- напряженное состояние элементов ротора для определения
статической составляющей поврежденности рассчитывается в упругой
осесимметричной постановке, причем учитывается только действие
центробежных сил; учитывается снижение коэффициента концентрации
за счет релаксации напряжений при ползучести и снижение параметров
длительной прочности стали ротора;
- циклическая составляющая поврежденности определяется по
методике, полученной с использованием результатов исследований
ВТИ.
3.1.3. Результаты расчета напряжений заносятся в базу данных
информационной системы как паспортные величины, зависящие только
от геометрии конструкции.
С учетом сказанного, статическая и циклическая составляющие
поврежденности определяются по формулам:
П = тау / [тау];
с
П = SUM ДЕЛЬТА а ,
ц i
где:
тау - суммарная наработка;
[тау] - время до наступления предельного состояния (появления
трещин ползучести в проверяемой зоне) под действием средних за
срок работы эквивалентных напряжений при средней температуре,
определяемое с помощью соответствующей диаграммы длительной
прочности;
ДЕЛЬТА а - повреждение от циклической нагрузки, накопленное
i
за один цикл.
3.2. Определение статической составляющей поврежденности
элементов ротора.
3.2.1. Общее описание алгоритма решения задачи теории
упругости методом граничных интегральных уравнений.
Эффективным методом решения трехмерной задачи теории упругости
является метод граничных интегральных уравнений (МГИУ). Решающим
преимуществом метода по сравнению с другими численными методами
механики сплошной среды является снижение на единицу размерности
решаемой задачи.
Ключевым моментом примененного алгоритма является предложенная
П.И. Перлиным [1.26] схема вычисления главного значения
сингулярных интегралов. Решение соответствующих интегральных
уравнений теории упругости осуществляется методом последовательных
перемещений. Важной особенностью алгоритма является независимость
сетки разбиения при варьировании граничной поверхности области.
При использовании МГИУ решение второй основной задачи теории
упругости (на граничной области поверхности задана нагрузка)
сводится к решению сингулярного интегрального уравнения:
U(х) - интеграл G(х, у) х U(у) х dS(у) = интеграл F(х, у) х f(у) х dS(у), (1)
s s
где:
S - граничная поверхность области;
U - компоненты вектора перемещения на S;
G - ядро интегрального уравнения;
F - матрица Кельвина - Сомильяна;
f - компоненты вектора напряжений на S.
В работе [1.26] был разработан алгоритм решения уравнения (1)
методом последовательных приближений с использованием регулярного
представления сингулярного интеграла. При этом решение уравнения
(1) представляется в виде ряда:
беск. n (n-1)
U = SUM (-1) U . (2)
n=0
Подставляя (2) в (1) и приравнивая коэффициенты при одинаковых
степенях соответствующих членов ряда, можно получить рекуррентное
соотношение для U:
n (n-1)
U (х) = интеграл G(х, у) х U (у) х dS(у). (3)
s
Регулярное представление для входящего в (3) сингулярного
интеграла получается путем понижения особенности с использованием
обобщенной теоремы Гаусса. При этом формула (3) приобретает вид:
(n) (n-1) (n-1) (n-1)
U (х) = -U (х) - интеграл G(х, у) х [U (у) - U (х)] х dS(у), (4)
s
причем:
0
U (х) = интеграл F(х, у) х f(у) х dS(у). (5)
s
После определения перемещений U напряжения на граничной
поверхности S определяются путем численного дифференцирования
перемещений и использования закона Гука. Так как для подавляющего
большинства технических задач определяющим является напряженное
состояние на границе области, этим, как правило, и завершается
решение.
В работах [1.27, 1.28] описана численная реализация
изложенного выше алгоритма.
Интерполяция плотности потенциалов осуществляется с помощью
локальных сплайнов, а численное интегрирование на каждом из
элементов расчетной сетки выполняется с использованием кубатурных
формул, полученных путем перемножения соответствующих квадратур
Гаусса. Выбор порядка формулы производится в зависимости от L / (X
- Y), где L - максимальный линейный размер элемента, что
обеспечивает для граничной поверхности в целом адаптивную
кубатурную формулу.
При вычислении суммы ряда (2) учитывается, что данный ряд с
увеличением n стремится к геометрической прогрессии, поэтому для
уточнения суммы используется формула:
U
n-1 i n
U = SUM (-1) U + -----. (6)
i=0 i 1 - k
При построении алгоритма решения двумерной (плоской и
осесимметричной) задачи контур меридионального сечения области
представлялся в виде совокупности отрезков прямых и дуг
окружностей. При решении осесимметричной задачи интегрирование в
окружном направлении выполняется с использованием квадратурных
формул Гаусса высокого порядка. Искомые величины вычисляются
только на контуре меридионального сечения, а на остальной части
граничной поверхности восстанавливаются из условия осевой
симметрии.
3.2.2. Учет объемных сил.
Описанный выше метод граничных интегральных уравнений применим
для решения второй основной задачи теории упругости - при заданных
на граничной поверхности нагрузках. На вращающийся ротор действуют
также объемные силы - поле центробежных сил и вызванные
неравномерным нагревом температурные напряжения. Для того, чтобы
при расчете напряженного состояния учесть эти факторы, применяется
специальный прием.
Рассматриваются частные задачи для полого цилиндра,
нагруженного центробежными силами или изменяющимся только в
радиальном направлении температурным полем. Для этих задач
известно точное замкнутое решение - частное решение задачи теории
упругости, которое удовлетворяет уравнениям теории упругости, но
не удовлетворяет краевым условиям. Затем решается вспомогательная
задача, когда к границам области решаемой задачи прикладываются
дополнительные нагрузки. Эти нагрузки равны взятым с обратным
знаком напряжениям соответствующей частной задачи в точках границы
основной задачи на площадке с нормалью, направленной к границе.
Суперпозиция частного решения с решением вспомогательной задачи
дает полное, удовлетворяющее краевым условиям, решение задачи с
учетом соответствующих объемных сил.
3.2.3. Частное решение для центробежных сил.
Компоненты тензора напряжений в этом случае выглядят следующим
образом:
2 2
3 + ню 2 2 2 а b 2
сигма = ------ ро омега (b + а - ----- - r ),
r 8 2
r
2 2
3 + ню 2 2 2 а b 1 + 3ню 2
сигма = ------ ро омега (b + а - ----- - ------- r ).
тэта 8 2 3 + ню
r
сигма = 0,
z
где:
сигма - радиальные напряжения;
r
сигма - кольцевые напряжения;
тэта
сигма - осевые напряжения;
z
ро - плотность стали;
ню - коэффициент Пуассона;
омега - угловая скорость вращения;
b - максимальный наружный радиус ротора;
а - радиус осевого канала;
r - текущий радиус.
3.2.4. Частное решение для изменяющегося по радиусу
температурного поля:
2 2
альфа Е 1 r - а b r
сигма = -------- -- (------- интеграл Тrdr - интеграл Тrdr),
r 1 - ню 2 2 2 а а
r b - а
2 2
альфа Е 1 r + а b r 2
сигма = -------- -- (------- интеграл Тrdr + интеграл Тrdr - Т r ),
тэта 1 - ню 2 2 2 а а
r b - а
альфа Е 2 b
сигма = -------- (------- интеграл Тrdr - Т),
2 1 - ню 2 2 а
b - а
где:
альфа - коэффициент температурного расширения;
Е - модуль упругости;
Т - температура металла, изменяющаяся по радиусу r.
3.2.5. Расчетные схемы для определения напряженного состояния
методом граничных интегральных уравнений.
---¬
¦ ¦
--¬ ¦ ¦ --¬
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
------------- L-----¬ ¦ ¦ -------------------- L--------------¬
¦ L--- L--- ¦
L-----------------------------------------------------------------
РВД
--¬ --¬
¦ ¦ ¦ ¦
--------------¬ ¦ ¦ ¦ ¦
L----¬ ------- ¦ ¦ ¦ ¦ ------------------------¬
---------- L------------ L--- L---------- ¦
L-----------------------------------------------------------------
РСД
Рис. 2. Расчетные схемы роторов для определения
напряжений методом граничных интегральных уравнений
3.2.6. Определение времени до появления трещин ползучести при
расчете на статическую прочность:
1 у
сигма = [1 + - (К - 1)] сигма ,
max m у ном
где:
у у
К = сигма / сигма - коэффициент концентрации упругих
у max ном
напряжений;
у
сигма - максимальные напряжения, определяемые из упругого
max
расчета МГИУ;
у
сигма - номинальные упругие напряжения, определяемые из
ном
упругого расчета МГИУ для каждой зоны ротора на удалении от
концентратора;
m - показатель ползучести.
По полученному значению сигма определяется [тау] по кривой
max
длительной прочности для материала ротора.
3.3. Определение циклической составляющей поврежденности
элементов ротора.
При определении исчерпанного ресурса из всего многообразия
нестационарных режимов в качестве наиболее существенных и
характерных выделены и учтены следующие:
- пуски из горячего, неостывшего и холодного состояний;
- плановый останов;
- расхолаживание;
- сброс нагрузки;
- плановая разгрузка;
- неплановое регулирование.
Ниже, в табл. 2, приведены характеристики типовых годичных
циклов турбин.
Таблица 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПОВЫХ ГОДИЧНЫХ ЦИКЛОВ
--------------T------------------------------------------T---------------------------------¬
¦ Тип турбины ¦Количество нестационарных режимов, состоя-¦ Расчетные характеристики стали ¦
¦ ¦щих из инструкционных режимов с допустимы-¦ ¦
¦ ¦ми отклонениями за календарный год эксплу-¦ ¦
¦ ¦атации ¦ ¦
¦ +---------------------T-----T------T-------+----T----------T---------T-------+
¦ ¦ Основные пуски из ¦Сброс¦Плано-¦Непла- ¦ m ¦эпсилон , ¦сигма ,¦сигма ,¦
¦ ¦ состояния ¦наг- ¦вая ¦новое ¦ ¦ f ¦ 0,2 ¦ в ¦
¦ +-----T--------T------+рузки¦раз- ¦регули-¦ ¦ % ¦ МПа ¦ МПа ¦
¦ ¦горя-¦неостыв-¦холод-¦ ¦грузка¦рование¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦чего ¦шего ¦ного ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------------+-----+--------+------+-----+------+-------+----+----------+---------+-------+
¦К-300-240-ЛМЗ¦5 ¦7 ¦5 ¦5 ¦200 ¦1000 ¦1,67¦25 ¦354 ¦413 ¦
+-------------+-----+--------+------+-----+------+-------+----+----------+---------+-------+
¦К-200-130-ЛМЗ¦5 ¦9 ¦5 ¦5 ¦200 ¦1000 ¦1,67¦25 ¦354 ¦413 ¦
+-------------+-----+--------+------+-----+------+-------+----+----------+---------+-------+
¦К-300-240-ХТЗ¦5 ¦7 ¦5 ¦5 ¦200 ¦1000 ¦1,67¦14 ¦568 ¦609 ¦
+-------------+-----+--------+------+-----+------+-------+----+----------+---------+-------+
¦К-160-130-ХТЗ¦5 ¦8 ¦5 ¦5 ¦200 ¦1000 ¦1,67¦14 ¦568 ¦609 ¦
L-------------+-----+--------+------+-----+------+-------+----+----------+---------+--------
В табл. 3 приведены значения расчетного повреждения элементов
роторов турбин для типовых циклов и значения повреждений за год
для приведенных циклов.
Если известно количество и распределение режимов по времени,
то определение накопленного повреждения выполняется путем
суммирования соответствующих повреждений из табл. 3 за каждый
цикл. Если же известно только число циклов, то накопленное
пр
повреждение определяется путем деления значения ДЕЛЬТА а из
табл. 3 на сумму циклов из табл. 2 и последующего умножения
результата на общее число циклов для данного элемента ротора.
Таблица 3
ЗНАЧЕНИЯ РАСЧЕТНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РОТОРОВ ТУРБИН
ДЛЯ ТИПОВЫХ ЦИКЛОВ
--------T----T---------------T-----------------------------------------------T-----------------T-----T----------¬
¦ Тип ¦Эле-¦ Зона ¦ Накопленное повреждение для годичных циклов с ¦ пр ¦ пр ¦ пр¦
¦турбины¦мент¦ ¦ допустимыми эксплуатационными отклонениями ¦ДЕЛЬТА эпсилон ,¦ К ¦ДЕЛЬТА а ¦
¦ ¦ ¦ +-----------------------------------------------+ % ¦ за ¦ за год ¦
¦ ¦ ¦ ¦ Номера режимов ¦ ¦ год ¦ ¦
¦ ¦ ¦ +-------T-------T-------T-------T-------T-------+ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ 1 ¦ 2 ¦ 3 ¦ 4 ¦ 5 ¦ 6 ¦ ¦ ¦ ¦
+-------+----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦К-300- ¦РВД ¦2-я ступень ¦0,00010¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,350 ¦9,0 ¦0,0016 ¦
¦240-ЛМЗ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Пром. уплотне- ¦0,00260¦0,00004¦0,00004¦0,00003¦0,00010¦0,00003¦0,515 ¦35,4 ¦0,0210 ¦
¦ ¦ ¦ние ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00370¦0,00040¦0,0002 ¦0,00030¦0,00070¦0,00020¦0,500 ¦136,0¦0,0680 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ +----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦РСД ¦2-я ступень ¦0,00040¦0,00030¦0,0001 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,420 ¦12,3 ¦0,0036 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00050¦0,00310¦0,0012 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,740 ¦13,7 ¦0,0320 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------+----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦К-200- ¦РВД ¦2-я ступень ¦0,00002¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,300 ¦5,0 ¦0,0011 ¦
¦130-ЛМЗ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦ПКУ ¦0,00030¦0 ¦0 ¦0 ¦0,00002¦0 ¦0,350 ¦22,0 ¦0,0027 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00650¦0,00070¦0,001 ¦0,00090¦0,00090¦0,00070¦0,600 ¦178,0¦0,1840 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ +----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦РСД ¦2-я ступень ¦0,00030¦0,00130¦0,0006 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,590 ¦16,2 ¦0,0170 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦ПКУ ¦0,00020¦0,00090¦0,0004 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,540 ¦16,3 ¦0,0120 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00100¦0,01600¦0,032 ¦0 ¦0 ¦0 ¦1,740 ¦14,2 ¦0,0310 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------+----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦К-300- ¦РВД ¦2-я ступень ¦0,00030¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,410 ¦5,0 ¦0,0022 ¦
¦240-ХТЗ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Пром. уплотне- ¦0,00030¦0,00002¦0,00002¦0,00001¦0,00002¦0,00001¦0,420 ¦96,5 ¦0,0062 ¦
¦ ¦ ¦ние ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00150¦0,00030¦0,0005 ¦0,00040¦0,00040¦0,00030¦0,570 ¦206,0¦0,0810 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ +----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦РСД ¦2-я ступень ¦0,00001¦0,00002¦0,0001 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,430 ¦10,5 ¦0,0025 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦ПКУ ¦0,00003¦0,00060¦0,0012 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,660 ¦12,0 ¦0,0120 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00070¦0,00430¦0,0079 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,990 ¦13,4 ¦0,0750 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+-------+----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦К-160- ¦РВД ¦2-я ступень ¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,340 ¦5,1 ¦0,0020 ¦
¦130-ХТЗ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Пром. уплотне- ¦0,00020¦0,00010¦0 ¦0 ¦0,00030¦0 ¦0,510 ¦14,2 ¦0,0046 ¦
¦ ¦ ¦ние ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00100¦0,00020¦0,0001 ¦0,00040¦0,00070¦0 ¦0,520 ¦78,2 ¦0,1630 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ +----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦РСД ¦2-я ступень ¦0,00001¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0 ¦0,370 ¦6,8 ¦0,0020 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦ПКУ ¦0,00170¦0,00050¦0 ¦0 ¦0,00170¦0 ¦0,810 ¦12,0 ¦0,0180 ¦
¦ ¦ +---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+----------+
¦ ¦ ¦Центральная ¦0,00140¦0,00040¦0,0001 ¦0 ¦0,00140¦0 ¦0,680 ¦13,8 ¦0,0160 ¦
¦ ¦ ¦полость ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L-------+----+---------------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-----------------+-----+-----------
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРТИЗЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПОВРЕЖДЕННОСТИ И ПРЕДЕЛА ЖИВУЧЕСТИ (ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА)
РОТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН
4.1. Структура данных для проведения экспертизы.
4.1.1. Данные, необходимые для проведения экспертизы состояния
роторов, содержатся в таблицах баз данных информационно-экспертной
системы.
4.1.2. Для проведения экспертизы необходимы сведения о роторе
(элементе, зоне ротора), режимах его эксплуатации, паспортные
данные, результаты проведенных измерений, выполненные в процессе
контроля исходного состояния и эксплуатационного контроля,
результаты расчетов каждого элемента (зоны) ротора.
4.1.3. При выполнении экспертизы учитываются следующие
положения. Наиболее нагруженными, более ответственными элементами
(зонами) РВД и РСД являются центральная полость ротора (ЦПР),
диски первых ступеней РВД и РСД, в т.ч. придисковые галтели и пазы
дисков под лопатки, тепловые канавки.
Менее нагруженными элементами (зонами) РВД и РСД являются
полумуфты, шейки, упорные гребни, масляные уплотнения.
4.1.4. Все данные, необходимые для проведения экспертизы,
сгруппированы следующим образом.
Сведения о режимах эксплуатации ротора:
- среднее за весь период эксплуатации давление в различных
элементах (зонах) ротора;
- средняя за весь период эксплуатации температура в различных
элементах (зонах) ротора;
- суммарная продолжительность эксплуатации (фактическая
наработка);
- продолжительность эксплуатации ротора с заполненной инертным
газом ЦПР;
- суммарная продолжительность простоев;
- количество пусков-остановов.
Паспортные и сертификатные данные о роторе:
- год изготовления;
- год пуска в эксплуатацию;
- сведения о замене (если таковая была);
- марка стали;
- тип исходной микроструктуры;
- предел текучести сигма ;
0,2
- временное сопротивление разрыву сигма ;
в
- номинальный диаметр ЦПР.
Результаты эксплуатационного контроля:
- визуальный контроль всех элементов (зон) ротора за
исключением ЦПР: наличие или отсутствие макродефекта;
- видеоконтроль ЦПР: наличие или отсутствие макродефекта;
- ДАО-контроль: наличие или отсутствие дефекта;
- ВТК: наличие или отсутствие дефекта;
- УЗК: наличие или отсутствие дефекта;
- УЗК с использованием датчиков поверхностных волн: наличие
или отсутствие дефекта;
- измерение прогиба вала ротора;
- измерение твердости металла;
- контроль шероховатости поверхности;
- измерение конусности шеек;
- измерение радиального биения шеек;
- измерение радиального биения полумуфт;
- микроструктурный анализ: измерение микроповрежденности,
определение категории повреждения микроструктуры (КПМ).
Примечание. При выполнении всех видов контроля фиксируется
дата его проведения.
Результаты расчетного определения предела живучести
(остаточного ресурса) элементов (зон) ротора.
Порядок выполнения расчетов приведен в разделе 3. В результате
расчетов определяется суммарная поврежденность следующих
элементов:
- центральная полость;
- придисковые галтели;
- тепловые канавки.
4.1.5. Результатом проведения экспертизы являются сведения о
расчетном значении предела живучести (остаточного ресурса),
времени до последующего контроля и регламенте этого контроля.
4.2. Алгоритм экспертизы поврежденности.
4.2.1. Экспертиза базируется на результатах периодического
контроля элементов (зон) ротора и расчетных оценках их состояния.
4.2.2. Исходными данными для проведения экспертизы являются
сведения о режимах эксплуатации, паспортных характеристиках,
результатах соответствующих видов контроля и расчетов, которые
заносятся в базы данных системы по мере их получения.
4.2.3. Для единообразного представления и соразмерности
результатов наиболее существенных видов контроля и расчетов
используются понятия категории опасности (КО) и коэффициента
достоверности (КД). Общее описание КО ротора и связанного с ним
относительного значения индивидуального предела живучести
(остаточного ресурса) приведено в разделе 4.4. КД задается в
процентах от 0 до 100 для каждого вида контроля или расчета и
характеризует достоверность определяемого с его помощью КО. Для
менее существенных видов контроля вводится и используется прибавка
к КО (ДЕЛЬТА КО).
4.2.4. Связь между результатами контроля и расчетов и
соответствующим КО определяется системой правил для каждого
элемента (зоны) ротора, которые приведены в разделе 4.3. Правило -
элементарный алгоритм, в результате исполнения которого
вычисляются значения КО или ДЕЛЬТА КО и КД. Вычисление
|
