Розвиток теорії краплеударної ерозії та створення ефективного протиерозійного захисту робочих лопаток парових турбін - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Розвиток теорії краплеударної ерозії та створення ефективного протиерозійного захисту робочих лопаток парових турбінНа основі розроблених математичних моделей високошвидкісного удару великої вторинної краплі конденсату по робочій лопатці останнього ступеня потужної парової турбіни та напруженого стану її вхідної кромки, що виникає при цьому, побудована універсальна математична модель краплеударної ерозії лопаткових матеріалів. У результаті проведених теоретичних і експериментальних досліджень показано, що запропоноване тонке хромове вакуумне покриття забезпечує підвищення ерозійної стійкості робочих лопаток останніх ступенів ЦНТ енергетичних турбін в 5,5 разів у порівнянні із традиційними способами їх пасивного захисту від ерозії. Запропоновано метод розрахунку міцності зчеплення часток НВЧ-поглинаючого керметного покриття з підкладкою з лопаткового матеріалу, що дозволяє при підведенні НВЧ-енергії в проточну частину ЦНТ парової турбіни за розробленою схемою підвищити ефективність периферійного вологовидалення за напрямним апаратом останнього ступеня в 5,9 разів у порівнянні із традиційними способами його реалізації. С помощью разработанной информационной системы прогнозирования эрозионной опасности в проточной части обоснованы метод, параметры и условия нанесения на входные кромки рабочих лопаток последних ступеней ЦНД тонкого хромового вакуумного противоэрозионного защитного покрытия, которое обеспечивает увеличение эрозионной стойкости данных лопаток в 5,5 раз по сравнению с традиционными способами пассивной защиты от эрозии. Впервые теоретическим путем с помощью информационной системы прогнозирования эрозии выявлена локализация вибрационных напряжений на периферии длинных закрученных рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин в зонах развитого эрозионного износа профильной поверхности, которая может привести к возникновению магистральных усталостных трещин.Однак, незважаючи на великий досвід створення активних і пасивних способів протиерозійного захисту, накопичений на цей момент, як і раніше, спостерігаються випадки серйозних пошкоджень робочих лопаток останніх ступенів циліндрів низького тиску (ЦНТ) парових турбін, які обумовлені виникненням у проточній частині ерозійно-небезпечної краплинної вологи. Це обумовлено тим, що при проектуванні останніх ступенів ЦНТ і розробці способів їхнього протиерозійного захисту використовуються недостатньо фізично обґрунтовані критерії ерозійної небезпеки, яка виникає у проточній частині, а також застосовуються занадто спрощені методи прогнозування характеристик ерозійного зношування робочих лопаток. визначення факторів ерозійного зношування, що істотно впливають на ерозійну стійкість, економічність і вібраційну надійність останніх ступенів ЦНТ за допомогою розробленої інформаційної системи прогнозування ерозійного зношування робочих лопаток; На базі розробленої універсальної математичної моделі ерозії, інтегрованої в інформаційну систему прогнозування ерозійного зношування робочих лопаток останніх ступенів ЦНТ, запропоновано фізично обґрунтований критерій їхньої ерозійної стійкості, що дозволив визначити метод, параметри та умови нанесення на вхідні кромки високоефективного протиерозійного захисного покриття.Відомі в цей час математичні моделі напруженого стану робочих лопаток, обумовленого ударами великих вторинних крапель вологи, або є занадто спрощеними і тому не дозволяють пояснити багато експериментальних даних по краплеударній ерозії, або є надто складними та мають такі особливості, які не дозволяють їх використати для прогнозування ерозії робочих лопаток. Хвильові напруження в робочій лопатці внаслідок ударів ерозійно-небезпечних крапель були знайдені в результаті розвязання диференціальних рівнянь руху пружного ізотропного середовища (матеріал робочої лопатки) з урахуванням початкових і граничних умов, які забезпечують пошук такого розвязку цих рівнянь, що відповідає основному факторові ерозійного руйнування матеріалу робочої лопатки, яка випробовує високошвидкісний краплеударний вплив - хвилі Релея. Тиск p(r,t) на плямі контакту краплі з лопаткою розглядався як середньоінтегральний тиск у контактній області, причому: = (1) де r - радіальна координата, відлічувана від центра удару краплі уздовж поверхні робочої лопатки; a(t) - радіус, що змінюється в часі, плями контакту краплі з лопаткою; t - поточний час, що відраховується з моменту виникнення силового контакту краплі з лопаткою.