Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины
Представлены результаты исследований крутильных колебаний валопровода паровой турбины, возникающих при подключении турбогенератора к сети с грубой синхронизацией. Показана существенная зависимость этих колебаний от параметров реактивного крутящего момента. Оценена усталостная поврежденность материал...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Проблемы прочности |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173213 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины / А.П. Бовсуновский // Проблемы прочности. — 2014. — № 6. — С. 111-122. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-173213 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1732132020-11-26T01:27:14Z Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины Бовсуновский, А.П. Научно-технический раздел Представлены результаты исследований крутильных колебаний валопровода паровой турбины, возникающих при подключении турбогенератора к сети с грубой синхронизацией. Показана существенная зависимость этих колебаний от параметров реактивного крутящего момента. Оценена усталостная поврежденность материала валопровода паровой турбины при различных режимах подключения турбогенератора к сети. Представлено результати досліджень крутильних коливань валопроводу парової турбіни, що виникають при підключенні турбогенератора до мережі з грубою синхронізацією. Показано істотну залежність цих коливань від параметрів реактивного крутного моменту. Оцінено пошкодженість матеріалу валопроводу парової турбіни від утомленості за різних режимів підключення турбогенератора до мережі. 2014 Article Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины / А.П. Бовсуновский // Проблемы прочности. — 2014. — № 6. — С. 111-122. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173213 539.67; 620.178 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Бовсуновский, А.П. Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины Проблемы прочности |
| description |
Представлены результаты исследований крутильных колебаний валопровода паровой турбины, возникающих при подключении турбогенератора к сети с грубой синхронизацией. Показана существенная зависимость этих колебаний от параметров реактивного крутящего момента. Оценена усталостная поврежденность материала валопровода паровой турбины при различных режимах подключения турбогенератора к сети. |
| format |
Article |
| author |
Бовсуновский, А.П. |
| author_facet |
Бовсуновский, А.П. |
| author_sort |
Бовсуновский, А.П. |
| title |
Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины |
| title_short |
Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины |
| title_full |
Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины |
| title_fullStr |
Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины |
| title_full_unstemmed |
Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины |
| title_sort |
несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173213 |
| citation_txt |
Несинхронное подключение турбогенератора к сети как фактор усталостного повреждения валопровода паровой турбины / А.П. Бовсуновский // Проблемы прочности. — 2014. — № 6. — С. 111-122. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT bovsunovskijap nesinhronnoepodklûčenieturbogeneratoraksetikakfaktorustalostnogopovreždeniâvaloprovodaparovojturbiny |
| first_indexed |
2025-07-15T09:44:51Z |
| last_indexed |
2025-07-15T09:44:51Z |
| _version_ |
1837705663170478080 |
| fulltext |
ÓÄÊ 539.67; 620.178
Íåñèíõðîííîå ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè êàê ôàêòîð
óñòàëîñòíîãî ïîâðåæäåíèÿ âàëîïðîâîäà ïàðîâîé òóðáèíû
À. Ï. Áîâñóíîâñêèé
1
Íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò ïèùåâûõ òåõíîëîãèé, Êèåâ, Óêðàèíà
1 apbovsunovsky@gmail.com
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëîïðîâîäà ïàðîâîé òóðáè-
íû, âîçíèêàþùèõ ïðè ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ãðóáîé ñèíõðîíèçàöèåé. Ïîêà-
çàíà ñóùåñòâåííàÿ çàâèñèìîñòü ýòèõ êîëåáàíèé îò ïàðàìåòðîâ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî
ìîìåíòà. Îöåíåíà óñòàëîñòíàÿ ïîâðåæäåííîñòü ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà ïàðîâîé òóðáèíû
ïðè ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ ïîäêëþ÷åíèÿ òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: âàëîïðîâîä òóðáèíû, ìíîãîöèêëîâàÿ óñòàëîñòü, êðóòèëüíûå êîëå-
áàíèÿ, ãðóáàÿ ñèíõðîíèçàöèÿ.
Ââåäåíèå. Îáåñïå÷åíèå äîëãîâå÷íîñòè âûñîêîíàãðóæåííûõ êîíñòðóêòèâíûõ
ýëåìåíòîâ ïàðîâûõ òóðáèí è òóðáîãåíåðàòîðîâ ÿâëÿåòñÿ àêòóàëüíîé ïðîáëåìîé ñîâðå-
ìåííîé ýíåðãåòèêè. Ïî ìåðå èñ÷åðïàíèÿ ðåñóðñà ýíåðãîãåíåðèðóþùåãî îáîðóäîâàíèÿ
åå çíà÷èìîñòü âîçðàñòàåò [1].
Ïðî÷íîñòü ýëåìåíòîâ ïàðîâûõ òóðáèí âî ìíîãîì çàâèñèò îò äèíàìè÷åñêèõ
ðåæèìîâ íàãðóæåíèÿ, èìåþùèõ ìåñòî, íàïðèìåð, ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç êðèòè-
÷åñêèå ñêîðîñòè âðàùåíèÿ âàëà òóðáèíû (ïîïåðå÷íûå êîëåáàíèÿ), à òàêæå ïðè íå-
øòàòíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû òóðáîãåíåðàòîðà (êðóòèëüíûå êîëåáàíèÿ). Ê ïîñëåäíèì,
ïðåæäå âñåãî, îòíîñÿòñÿ ðåæèì âíåçàïíîãî êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ íà òóðáîãåíåðàòîðå,
ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ãðóáîé ñèíõðîíèçàöèåé è âçàèìîäåéñòâèå
ãåíåðàòîðà ñ ñåòüþ [2–4]. È åñëè ðåøåíèþ âîïðîñîâ ïîïåðå÷íûõ êîëåáàíèé âàëà ïðè
ïðîõîæäåíèè ÷åðåç êðèòè÷åñêèå ñêîðîñòè âðàùåíèÿ â ëèòåðàòóðíûõ èñòî÷íèêàõ
óäåëÿåòñÿ âíèìàíèå, òî èçó÷åíèå êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëîïðîâîäà òóðáèíû è èõ
ïîñëåäñòâèÿ äëÿ ïðî÷íîñòè ìàòåðèàëà íàõîäèòñÿ íà íà÷àëüíîé ñòàäèè.
Êîðîòêîå çàìûêàíèå íà òóðáîãåíåðàòîðå ìîæåò ïðîèñõîäèòü íåñêîëüêî ðàç çà
âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè òóðáèíû. Ïðè íåêîòîðûõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè âñëåäñòâèå
êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ òóðáèíà ìîæåò ìãíîâåííî ðàçðóøèòüñÿ [4], îäíàêî íàêîïëåíèå
óñòàëîñòíîãî ïîâðåæäåíèÿ ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà ïðè ýòîì ìàëîâåðîÿòíî.
 òî æå âðåìÿ àíàëèç õàðàêòåðà ðàñïðîñòðàíåíèÿ òðåùèíû â ðàçðóøåííûõ èëè
ñíÿòûõ ñ ýêñïëóàòàöèè ðîòîðàõ òóðáèí ïîêàçûâàåò, ÷òî òðåùèíû ðàçâèâàëèñü íà
ïðîòÿæåíèè íåñêîëüêèõ ëåò [3, 5]. Ïî ýòîé ïðè÷èíå â 1974 ã. íà ýëåêòðîñòàíöèè
Ãàëëàòèí (ÑØÀ) ïðîèçîøëî êàòàñòðîôè÷åñêîå ðàçðóøåíèå ðîòîðà ñðåäíåãî äàâëåíèÿ
ïàðîâîé òóðáèíû ìîùíîñòüþ 225 ÌÂò [3].
 [6, 7] îòìå÷àåòñÿ, ÷òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðî÷íîñòè è äîëãîâå÷íîñòè âàëîïðî-
âîäà òóðáèíû âàæíûìè îñòàþòñÿ âîïðîñû êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé è ïðåäëàãàåòñÿ
ñèñòåìà èõ íåïðåðûâíûõ èçìåðåíèé â ïðîöåññå ðàáîòû òóðáèíû.
Ïðè÷èíû íàêîïëåíèÿ óñòàëîñòíîãî ïîâðåæäåíèÿ âàëîïðîâîäà òóðáèíû, ñêîðåå
âñåãî, íåîáõîäèìî èñêàòü â åå ïåðèîäè÷åñêèõ ïóñêàõ, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ òèïè÷íûìè
äëÿ òåïëîâûõ òóðáîàãðåãàòîâ, ðàáîòàþùèõ â ìàíåâðåííîì ðåæèìå ñ öåëüþ êîìïå-
íñàöèè íåðàâíîìåðíîñòè ïîòðåáëåíèÿ ýëåêòðîýíåðãèè â òå÷åíèå ñóòîê [1]. Óñòàíîâ-
ëåííîå ÷èñëî òàêèõ ïóñêîâ–îñòàíîâîâ çà âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè òóðáèíû ñîñòàâëÿåò
2000, ïðè ïðîäëåíèè ðåñóðñà – 2500 è áîëüøå. Îñîáåííîñòè ýòîãî ðåæèìà ðàáîòû –
óâåëè÷åíèå êîëè÷åñòâà òåïëîñìåí è, êàê ñëåäñòâèå, ðîñò âåðîÿòíîñòè çàðîæäåíèÿ
© À. Ï. ÁÎÂÑÓÍÎÂÑÊÈÉ, 2014
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 111
òðåùèí òåðìîóñòàëîñòè. Ïðè êàæäîì ïóñêå òóðáèíû ïîäêëþ÷èòü òóðáîãåíåðàòîð ê
ñåòè ñ ïåðâîãî ðàçà íå âñåãäà óäàåòñÿ, ïîýòîìó ðåàëüíîå ÷èñëî ïîäêëþ÷åíèé â
íåñêîëüêî ðàç ïðåâûøàåò óñòàíîâëåííîå. Èç-çà ðàçíèöû óãëîâ ñäâèãà ôàç � ìåæäó
âåêòîðàìè ýëåêòðîäâèæóùåé ñèëû òóðáîãåíåðàòîðà è íàïðÿæåíèÿ ñåòè íà òóðáîãåíå-
ðàòîðå âîçíèêàåò êðàòêîâðåìåííûé ðåàêòèâíûé ýëåêòðîìàãíèòíûé ìîìåíò (íàçâàí
òàê, ïîñêîëüêó äåéñòâóåò ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ðîòîðà), ïðèâîäÿùèé ê
âîçíèêíîâåíèþ êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëîïðîâîäà òóðáèíû ðàçëè÷íîé èíòåíñèâ-
íîñòè è, êàê ñëåäñòâèå, óñòàëîñòíîìó ïîâðåæäåíèþ ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà.
Àíàëèç ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ â ñèíõðîííûõ ìàøèíàõ ïîêàçûâàåò [8, 9], ÷òî
èíòåíñèâíîñòü êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëà ïðè ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè
ñ ãðóáîé ñèíõðîíèçàöèåé ìîæåò çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàòü òàêîâóþ ïðè ðåæèìå âíå-
çàïíîãî êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, êîòîðûé äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè ðàññìàòðèâàëñÿ êàê
íàèáîëåå òÿæåëûé. Âîçíèêàþùèé ïðè êàæäîì ïîäêëþ÷åíèè êîëåáàòåëüíûé ïðîöåññ
ìîæåò ïðîäîëæàòüñÿ îò íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ äî íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ öèêëîâ ñ ìàêñè-
ìàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè, ïðåâûøàþùèìè ïðåäåë âûíîñëèâîñòè ìàòåðèàëà, ÷òî ïðè-
âîäèò ê öèêëè÷åñêîìó ïîâðåæäåíèþ ìàòåðèàëà, êîòîðîå ïîñòåïåííî íàêàïëèâàåòñÿ çà
âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè òóðáèíû. Ñòåïåíü öèêëè÷åñêîãî ïîâðåæäåíèÿ ìàòåðèàëà çàâèñèò
îò óðîâíÿ ìàêñèìàëüíûõ íàïðÿæåíèé è óðîâíÿ äåìïôèðîâàíèÿ êîëåáàíèé â ñèñòåìå.
Ïîñëåäíèé îïðåäåëÿåò òåìï çàòóõàíèÿ ñâîáîäíûõ êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëîïðî-
âîäà ïîñëå êðàòêîâðåìåííîãî âîçäåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà, ò.å. ÷èñëî
ïîâðåæäàþùèõ öèêëîâ äåôîðìèðîâàíèÿ ìàòåðèàëà.
Öåëü ðàáîòû çàêëþ÷àåòñÿ â îöåíêå âîçìîæíîãî óðîâíÿ óñòàëîñòíîãî ïîâðåæ-
äåíèÿ ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà òóðáèíû Ê-200-130 â ðåçóëüòàòå êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé,
âîçíèêàþùèõ ïðè ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ãðóáîé ñèíõðîíèçàöèåé.
Ðàñ÷åòíàÿ ìîäåëü. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ãðóáîé ñèíõðî-
íèçàöèåé âîçíèêàåò ðåàêòèâíûé êðóòÿùèé ìîìåíò M ð. Ðàñ÷åòû ðåàêòèâíîãî êðóòÿ-
ùåãî ìîìåíòà ïðè íåñèíõðîííîì àâòîìàòè÷åñêîì ïîâòîðíîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáî-
ãåíåðàòîðà ÒÃÂ-200 èç ðåæèìà õîëîñòîãî õîäà ïðè ðàçíûõ óãëàõ ñäâèãà ôàç � (óãëû
ðàññîãëàñîâàíèÿ) ïîêàçàëè, ÷òî îí ìîæåò â íåñêîëüêî ðàç ïðåâûøàòü íîìèíàëüíûé
M í [10].
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà âðåìåííîé çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ ðåàêòèâ-
íîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà M ð ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ óãëà � ïîêàçàíû íà ðèñ. 1. Êàê
âèäíî, â èññëåäîâàííîì äèàïàçîíå óãëîâ � âåëè÷èíà M ð ðàñòåò ïðîïîðöèîíàëüíî óãëó
ñäâèãà ôàç è äîñòèãàåò çíà÷åíèé, êîòîðûå äî 16 ðàç ïðåâûøàþò íîìèíàëüíûé ìî-
ìåíò. Ïîñêîëüêó ýòè ôóíêöèè ÿâëÿþòñÿ çàòóõàþùèìè, ïðàêòè÷åñêè ïîëíîå çàòóõàíèå
ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïðîöåññîâ íà òóðáîãåíåðàòîðå ïðîèñõîäèò ïðèáëèçèòåëüíî çà 4 ñ.
À. Ï. Áîâñóíîâñêèé
112 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ðèñ. 1. Âðåìåííàÿ çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà
ïðè íåñèíõðîííîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè: 1 – � � �30 ; 2 – � � �60 ; 3 – � � �90 ;
4 – � � �120 .
Ïàðîâàÿ òóðáèíà Ê-200-130 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñëîæíóþ ìåõàíè÷åñêóþ ñèñòå-
ìó, ñîñòîÿùóþ èç òóðáîãåíåðàòîðà è òðåõ ðîòîðîâ, ñîåäèíåííûõ ìóôòàìè è ÿâëÿ-
þùèõñÿ ñîñòàâíîé ÷àñòüþ öèëèíäðà âûñîêîãî (ÖÂÄ), ñðåäíåãî (ÖÑÄ) è íèçêîãî
(ÖÍÄ) äàâëåíèÿ (ðèñ. 2). Â êàæäîì èç ðîòîðîâ óñëîâèÿ ñèëîâîãî è òåìïåðàòóðíîãî
âîçäåéñòâèÿ ñóùåñòâåííî ðîçëè÷àþòñÿ.
 ðàáîòå èñïîëüçîâàíà ìîäåëü âàëîïðîâîäà òóðáèíû â âèäå êîëåáàòåëüíîé ñèñ-
òåìû ñ ÷åòûðüìÿ ñòåïåíÿìè ñâîáîäû [8]. Êðóòèëüíûå êîëåáàíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ñèñòå-
ìû, âîçíèêàþùèå ïðè ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ãðóáîé ñèíõðîíèçàöè-
åé, îïèñûâàþòñÿ ñèñòåìîé ÷åòûðåõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé, ìàòðè÷íàÿ ôîðìà
êîòîðûõ èìååò âèä
[ ]{��} [ ]{�} [ ]{ } { } ( ),I D K M F t� � �� � � (1)
ãäå [ ]I – ìàòðèöà ìîìåíòîâ èíåðöèè ìàññû äèñêîâ; [ ]D – ìàòðèöà äåìïôèðîâàíèÿ;
[ ]K – ìàòðèöà æåñòêîñòè; { }M – âåêòîð êðóòÿùèõ ìîìåíòîâ; F t M t M( ) ( )� ð í –
ôóíêöèÿ, õàðàêòåðèçóþùàÿ èçìåíåíèå ðåàêòèâíîãî ìîìåíòà âî âðåìåíè; { }� – âåêòîð
óãëîâ ïîâîðîòîâ äèñêîâ. Ïîäðîáíîå îïèñàíèå ìîäåëè è ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ, èñïîëü-
çîâàííûõ ïðè ðåøåíèè çàäà÷è, à òàêæå ñïîñîá ïåðåõîäà îò îòíîñèòåëüíûõ óãëîâ
ïîâîðîòà èíåðöèîííûõ äèñêîâ ìîäåëè ê êàñàòåëüíûì íàïðÿæåíèÿì â óïðóãèõ ýëå-
ìåíòàõ ïðèâåäåíû ðàíåå [8].
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé.  [11, 12] áûëî ïîêàçàíî, ÷òî
âåëè÷èíà ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà è äëèòåëüíîñòü åãî äåéñòâèÿ îêàçûâàþò
ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà êðóòèëüíûå êîëåáàíèÿ âàëîïðîâîäà ïàðîâîé òóðáèíû.
Ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ìîæåò áûòü óñïåøíûì è íåóñïåøíûì. Â
ñëó÷àå óñïåøíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ òóðáîãåíåðàòîð íå îòêëþ÷àåòñÿ îò ñåòè, à ðåàê-
òèâíûé êðóòÿùèé ìîìåíò, âîçíèêàþùèé íà òóðáîãåíåðàòîðå, ïîñòåïåííî çàòóõàåò
(ñì. ïðåäûäóùèé ðàçäåë).  ñëó÷àå íåóñïåøíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ èç-çà çíà÷èòåëüíûõ
âèáðàöèé òóðáèíû òóðáîãåíåðàòîð àâàðèéíî îòêëþ÷àþò îò ñåòè. Ïðè ýòîì ðåàêòèâ-
íûé êðóòÿùèé ìîìåíò âíåçàïíî èñ÷åçàåò. Õàðàêòåð è âåëè÷èíà êðóòèëüíûõ êîëåáà-
íèé âàëîïðîâîäà òóðáèíû ïðè òàêèõ ïîäêëþ÷åíèÿõ òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ðàçëè-
÷àþòñÿ.
Òàê, ïðè óñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà êðóòèëüíûå êîëåáàíèÿ âàëî-
ïðîâîäà ïîääåðæèâàþòñÿ íà îòíîñèòåëüíî âûñîêîì óðîâíå â òå÷åíèå ïðàêòè÷åñêè
âñåãî âðåìåíè äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî ìîìåíòà (ðèñ. 3). Íàèáîëåå èíòåíñèâíûå êîëå-
áàíèÿ èìåþò ìåñòî ïðè �� �120 , ïîñêîëüêó â ýòîì ñëó÷àå ðåàêòèâíûé ìîìåíò
äîñòèãàåò íàèáîëüøèõ çíà÷åíèé. Ïðè óìåíüøåíèè � îò 120 äî 30�, ò.å. ïðè áîëåå
òî÷íîé ñèíõðîíèçàöèè òóðáîãåíåðàòîðà è ñåòè, àìïëèòóäà êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé
âàëîïðîâîäà óìåíüøàåòñÿ â äâà ðàçà.
Êàê âèäíî èç ðèñ. 3, íàèáîëåå íàïðÿæåííûìè ýëåìåíòàìè âàëîïðîâîäà ÿâëÿþòñÿ
ïîëóìóôòà ìåæäó ðîòîðîì âûñîêîãî è ñðåäíåãî äàâëåíèÿ (äàëåå – ýëåìåíò 1), ìóôòà
ìåæäó ðîòîðîì ñðåäíåãî è íèçêîãî äàâëåíèÿ (ýëåìåíò 2), âàë ìåæäó ðîòîðîì íèçêîãî
äàâëåíèÿ è ãåíåðàòîðîì (ýëåìåíò 3). Ïðè ýòîì íàïðÿæåíèÿ â ýëåìåíòàõ 2 è 3 äàæå
ïðè íåáîëüøèõ óãëàõ ñäâèãà ôàç � ïðåâûøàþò ïðåäåë âûíîñëèâîñòè ðîòîðíîé
ñòàëè, ÷òî ïðèâîäèò ê íàêîïëåíèþ â íèõ óñòàëîñòíîãî ïîâðåæäåíèÿ.
Íåñèíõðîííîå ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ...
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 113
Ðèñ. 2. Ñõåìà âàëîïðîâîäà ïàðîâîé òóðáèíû Ê-200-130.
Èíòåíñèâíîñòü êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé ïðè óñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðà-
òîðà ê ñåòè â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåòñÿ äèññèïàòèâíûìè ñâîéñòâàìè ìåõàíè÷åñ-
êîé ñèñòåìû. Ïðè îòñóòñòâèè äàííûõ î äåìïôèðóþùåé ñïîñîáíîñòè òóðáèíû â ðàñ-
÷åòàõ äåêðåìåíò êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé � âàðüèðîâàëè â äèàïàçîíå 2…30% [13, 14].
Ñïîñîáíîñòü ìåõàíè÷åñêîé ñèñòåìû èíòåíñèâíî ïîãëîùàòü ýíåðãèþ êîëåáàíèé
ñíèæàåò êðóòèëüíûå êîëåáàíèÿ âàëîïðîâîäà òóðáèíû äî áåçîïàñíîãî óðîâíÿ óæå
ïîñëå íåñêîëüêèõ ïåðâûõ öèêëîâ êîëåáàíèé (ðèñ. 3,ä,å). Ïðè íèçêîì óðîâíå äåìïôè-
ðîâàíèÿ êîëåáàíèé â ñèñòåìå öèêëè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ ïîääåðæèâàþòñÿ íà ïîâðåæ-
äàþùåì óðîâíå áîëåå ïðîäîëæèòåëüíîå âðåìÿ (ðèñ. 3,â,ã), êîòîðîå îïðåäåëÿåòñÿ
âðåìåíåì äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà äî åãî ïîëíîãî çàòóõàíèÿ.
Ïðè íåóñïåøíûõ ïîäêëþ÷åíèÿõ òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè îñóùåñòâëÿåòñÿ åãî
àâàðèéíîå îòêëþ÷åíèå. Ïðîöåññû, êîòîðûå ïðè ýòîì ïðîèñõîäÿò íà òóðáîãåíåðàòîðå,
àíàëîãè÷íû òàêîâûì ïðè îòêëþ÷åíèè ïðè âíåçàïíîì êîðîòêîì çàìûêàíèè. Ðàíåå [11]
áûëî ïîêàçàíî, ÷òî èíòåíñèâíîñòü êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëîïðîâîäà òóðáèíû,
âîçíèêàþùèõ â ðåçóëüòàòå âíåçàïíîãî êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ íà òóðáîãåíåðàòîðå, çàâè-
ñèò íå ñòîëüêî îò åãî äëèòåëüíîñòè, ñêîëüêî îò ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó äëèòåëüíîñòüþ
êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, ò.å. äëèòåëüíîñòüþ äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà
ñî ñòîðîíû òóðáîãåíåðàòîðà, è ïåðèîäîì ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé âàëîïðîâîäà.
Àíàëîãè÷íûå çàêîíîìåðíîñòè íàáëþäàþòñÿ è ïðè íåóñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè
òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè. Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíî ðàçâèòèå êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëî-
ïðîâîäà òóðáèíû ïðè ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ãðóáîé ñèíõðîíèçàöèåé
è ïîñëåäóþùåì àâàðèéíîì åãî îòêëþ÷åíèè.  ïåðâîì ñëó÷àå ïðîäîëæèòåëüíîñòü
äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà ñîñòàâëÿåò t ì � 0,271 ñ (ðèñ. 4,à), âî
114 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà (à, á) è ìàêñèìàëüíûõ êàñàòåëüíûõ
íàïðÿæåíèé â ýëåìåíòàõ 1–3 âàëîïðîâîäà òóðáèíû (â–å) îò âðåìåíè t ïðè óñïåøíîì ïîäêëþ-
÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè: à, â, ä – � � �30 ; á, ã, å – � � �120 (â, ã è ä, å – � � 2 è 30%
ñîîòâåòñòâåííî).
ä å
â ã
à á
À. Ï. Áîâñóíîâñêèé
âòîðîì – t ì � 0,291 ñ (ðèñ. 4,á). Òàêèì îáðàçîì, èìåþò ìåñòî âûíóæäåííûå êîëå-
áàíèÿ âàëîïðîâîäà ïîä äåéñòâèåì ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà è åãî ñâîáîäíûå
êîëåáàíèÿ ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ äåéñòâèÿ êðóòÿùåãî ìîìåíòà. Èíòåíñèâíîñòü âûíóæ-
äåííûõ êîëåáàíèé â îáîèõ ñëó÷àÿõ ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâà, â òî âðåìÿ êàê èíòåí-
ñèâíîñòü ñâîáîäíûõ êîëåáàíèé ðàçëè÷àåòñÿ â íåñêîëüêî ðàç, íåñìîòðÿ íà íåçíà-
÷èòåëüíóþ ðàçíèöó â ïðîäîëæèòåëüíîñòè äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà.
Ïðè t ì � 0,271 ñ öèêëè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ ïðè ñâîáîäíûõ êîëåáàíèÿõ óìåíüøàþòñÿ
â 2,4 ðàçà ïî ñðàâíåíèþ ñ âûíóæäåííûìè, ïðè t ì � 0,291 ñ – óâåëè÷èâàþòñÿ áîëåå
÷åì íà 70%.
Ïðè �� 2% èíòåíñèâíîñòü ñâîáîäíûõ êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé çà èññëåäîâàí-
íûé ïåðèîä âðåìåíè (0,3 ñ) ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåòñÿ (ðèñ. 4,â,ã). Âûñîêèé óðîâåíü
äåìïôèðîâàíèÿ (�� 30%) ñïîñîáñòâóåò áûñòðîìó ñíèæåíèþ ñâîáîäíûõ êðóòèëüíûõ
êîëåáàíèé çà òîò æå ïåðèîä âðåìåíè: ïðè t ì � 0,271 ñ èíòåíñèâíîñòü êîëåáàíèé
ñíèæàåòñÿ â 3,1 ðàçà (ðèñ. 4,ä), ïðè t ì � 0,291 ñ – â 3,6 ðàçà (ðèñ. 4,å). Ïîýòîìó ÷èñëî
ïîâðåæäàþùèõ öèêëîâ êîëåáàíèé â ñëó÷àå íèçêîãî óðîâíÿ äåìïôèðîâàíèÿ íà íå-
ñêîëüêî ïîðÿäêîâ âûøå, ÷åì ÷èñëî ïîâðåæäàþùèõ öèêëîâ ïðè âûñîêîì.
Ñ óâåëè÷åíèåì äåêðåìåíòà êîëåáàíèé â èíòåðâàëå 2…30% èíòåíñèâíîñòü êðó-
òèëüíûõ êîëåáàíèé ðàçëè÷íûõ ýëåìåíòîâ âàëîïðîâîäà ñíèæàåòñÿ îò 2,6 äî 9,2 ðàçà,
÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò îá ýôôåêòèâíîñòè äåìïôèðóþùèõ ñâîéñòâ ñèñòåìû âëèÿòü íà
ñíèæåíèå èíòåíñèâíîñòè êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé.
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ öèêëè÷åñêîé ïîâðåæäåííîñòè âàëîïðîâîäà òóðáèíû.
Ïîâðåæäåíèå ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà â ðåçóëüòàòå åãî êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé îöåíè-
âàëè íà îñíîâàíèè ãèïîòåçû Ïàëüìãðåíà–Ìàéíåðà [15, 16]:
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 115
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà ïðè � � �120 (à, á) è ìàêñèìàëüíûõ
êàñàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé â ýëåìåíòàõ 1–3 âàëîïðîâîäà òóðáèíû (â–å) îò âðåìåíè t ïðè
íåóñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè: â, ã – � � 2%; ä, å – � � 30%.
à á
â ã
ä å
Íåñèíõðîííîå ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ...
��
�
1
1
N ii
n
p
,
ãäå n – ÷èñëî ïîâðåæäàþùèõ öèêëîâ êîëåáàíèé (ïîâðåæäàþùèìè ñ÷èòàëèñü òå
öèêëû, ïðè êîòîðûõ íàïðÿæåíèå
i max ïðåâûøàëî ïðåäåë âûíîñëèâîñòè ìàòåðèàëà
âàëîïðîâîäà
�1; N ip – ÷èñëî öèêëîâ äî ðàçðóøåíèÿ ïðè öèêëè÷åñêîì íàãðóæåíèè ñ
íàïðÿæåíèåì
i max .
Ðàñ÷åòû öèêëè÷åñêîé ïîâðåæäåííîñòè âûïîëíåíû íà îñíîâàíèè êðèâîé óñòà-
ëîñòè ðîòîðíîé ñòàëè Ð2ÌÀ, êîòîðàÿ áûëà ïîëó÷åíà â óñëîâèÿõ ñèììåòðè÷íîãî
öèêëà íàãðóæåíèÿ ïðè íîðìàëüíîé òåìïåðàòóðå [13]. Âëèÿíèå ìàñøòàáíîãî ôàêòîðà,
àñèììåòðèè öèêëà è òåìïåðàòóðû íà óñòàëîñòíûå ñâîéñòâà ñòàëè ó÷èòûâàëè ñ ïîìî-
ùüþ ïîïðàâî÷íûõ êîýôôèöèåíòîâ:
� � �max [ ( ) ( ) ],� � �K K K N Na t v
c
u
b
ì 0
ãäå �0 � 208,3; �v � 3176,2; �u �
186 105, ; c��0 3114, ; b��0 8348, ; N – ÷èñëî
öèêëîâ íàãðóæåíèÿ; K ì – êîýôôèöèåíò ìàñøòàáíîãî ôàêòîðà; K a – êîýôôèöèåíò
âëèÿíèÿ ñðåäíåãî íàïðÿæåíèÿ öèêëà; K t – òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò. Íà îñíîâå
ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ [17, 18] áûëî ïðèíÿòî K ì � 0 58, è K t � 0 78, . Êîýôôè-
öèåíò âëèÿíèÿ ñðåäíåãî íàïðÿæåíèÿ öèêëà îïðåäåëÿëñÿ ïî ôîðìóëå
K a
m
�
��
�
� �
1
2 2 2 2
1
,
ãäå
� �1 230 ÌÏà; �� 0 922, ; �
� 0 505, [13].
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ öèêëè÷åñêîé ïîâðåæäåííîñòè ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà òóð-
áèíû ïðè êðóòèëüíûõ êîëåáàíèÿõ, âîçíèêøèõ â ðåçóëüòàòå óñïåøíîãî àñèíõðîííîãî
ïîäêëþ÷åíèÿ òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè, ïðèâåäåíû â òàáëèöå. Çà 2000 ïóñêîâ òóðáèíû
ñóììàðíîå ïîâðåæäåíèå îïðåäåëÿëîñü êàê � �ñóì � 2000 . Ïðè � ñóì �1 ìàòåðèàë
âàëîïðîâîäà äîñòèãàåò ïðåäåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ.
Êàê âèäíî èç äàííûõ òàáëèöû, ïðè àñèíõðîííîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà
ê ñåòè ñî ñäâèãîì ôàç �� �30 ðàçðóøåíèå ýëåìåíòîâ 2 è 3 âàëîïðîâîäà âîçìîæíî
ëèøü â ñëó÷àå íèçêîãî óðîâíÿ äåìïôèðîâàíèÿ (�� 2%). Ïðè âûñîêîì ( %)�� 30
óðîâíå äåìïôèðîâàíèÿ îòíîñèòåëüíàÿ ïîâðåæäåííîñòü ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà íå
ïðåâûøàåò 16%, ÷òî ñîçäàåò çíà÷èòåëüíûé çàïàñ îñòàòî÷íîé äîëãîâå÷íîñòè.
Ñ ðîñòîì óãëà ñäâèãà ôàç � óâåëè÷èâàåòñÿ ÷èñëî ïîâðåæäàþùèõ öèêëîâ êîëå-
áàíèé n è, êàê ñëåäñòâèå, îòíîñèòåëüíàÿ ïîâðåæäåííîñòü ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà.
Íàèáîëåå îïàñíàÿ ñèòóàöèÿ íàáëþäàåòñÿ ïðè �� �120 , êîãäà äàæå ïðè âûñîêîì
óðîâíå äåìïôèðîâàíèÿ êîëåáàíèé â ñèñòåìå íåëüçÿ ïðåäîòâðàòèòü ïîâðåæäåíèå
ìàòåðèàëà, ïðåâûøàþùåå åãî ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå.
Âî âñåõ ðàññìîòðåííûõ ñëó÷àÿõ ýëåìåíò 1 âàëîïðîâîäà (òàáëèöà) ïðàêòè÷åñêè
íå èñïûòûâàåò óñòàëîñòíîãî ïîâðåæäåíèÿ â ðåçóëüòàòå àñèíõðîííûõ ïîäêëþ÷åíèé
òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ëþáûì óãëîì ñäâèãà ôàç. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî çàìåòèòü,
÷òî ïðåäñòàâëåííûå â òàáëèöå ñëó÷àè íàêîïëåíèÿ ïîâðåæäåíèÿ ÿâëÿþòñÿ îïòèìèñ-
òè÷åñêèìè îòíîñèòåëüíî êîëè÷åñòâà ïóñêîâ. Ðåàëüíîå èõ êîëè÷åñòâî ìîæåò â íå-
ñêîëüêî ðàç ïðåâûøàòü óñòàíîâëåííîå (2000).
 îòëè÷èå îò óñïåøíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè, ïðè îöåíêå
öèêëè÷åñêîé ïîâðåæäåííîñòè ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà ïðè íåóñïåøíîì àñèíõðîííîì
ïîäêëþ÷åíèè ñëåäóåò ó÷èòûâàòü òàêæå äëèòåëüíîñòü äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿ-
116 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
À. Ï. Áîâñóíîâñêèé
ùåãî ìîìåíòà t ì , ïîñêîëüêó, êàê áûëî ïîêàçàíî âûøå, èíòåíñèâíîñòü êðóòèëüíûõ
êîëåáàíèé âàëîïðîâîäà ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò ýòîãî ôàêòîðà.
Êîëåáàòåëüíûé ïðîöåññ ïðè íåóñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè ñîñòîèò èç âûíóæäåííûõ
êîëåáàíèé, âîçíèêøèõ ïîä äåéñòâèåì ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà, è ñâîáîäíûõ,
ïîÿâèâøèõñÿ ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ òóðáîãåíåðàòîðà (ðèñ. 4). Ïîýòîìó ïîâðåæäåííîñòü
âàëîïðîâîäà îöåíèâàëè ðàçäåëüíî ïðè âûíóæäåííûõ è ñâîáîäíûõ êîëåáàíèÿõ, à
çàòåì ñóììàðíî.
Íà ðèñ. 5 ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè ñóììàðíîé ïîâðåæäåííîñòè, à òàêæå ïîâðåæ-
äåííîñòè ïðè âûíóæäåííûõ è ñâîáîäíûõ êîëåáàíèÿõ âàëîïðîâîäà îò äëèòåëüíîñòè
äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà. Êàê âèäíî, çàâèñèìîñòè ÿâëÿþòñÿ êâàçè-
ïåðèîäè÷åñêèìè ñ òåíäåíöèåé ïîñòåïåííîãî ñíèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ïîâðåæäåí-
íîñòè ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ âðåìåíè t ì . Âî âñåõ èññëåäîâàííûõ ñëó÷àÿõ ïðè ñîïîñòà-
âèìûõ óñëîâèÿõ ïîâðåæäåíèå ýëåìåíòà 2 âàëîïðîâîäà îêàçàëîñü âûøå, ÷åì ýëåìåíòà
3. Äàííûå î ïîâðåæäåííîñòè ýëåìåíòà 1 âàëîïðîâîäà íå ïðèâîäÿòñÿ, ïîñêîëüêó îíà
íå ïðåâûøàåò 15%.
Ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ïîâðåæäåííîñòü îêàçûâàþò äèññèïàòèâíûå ñâîéñòâà
ñèñòåìû: ïðè âûñîêîì óðîâíå äåìïôèðîâàíèÿ êîëåáàíèé ïîâðåæäåííîñòü äîñòèãàåò
îïàñíîãî óðîâíÿ ëèøü â ýëåìåíòàõ 2 è 3 âàëîïðîâîäà ïðè ìàêñèìàëüíîì óãëå
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 117
Ðàñ÷åò îòíîñèòåëüíîé ïîâðåæäåííîñòè ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà
ïðè óñïåøíîì àñèíõðîííîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè
� , ãðàä �, % Ýëåìåíò
âàëîïðîâîäà
n � ñóì
30 2 1
2
3
0
26
19
0
2,047
1,180
30 1
2
3
0
2
3
0
0,113
0,167
60 2 1
2
3
0
42
20
0
6,791
3,498
30 1
2
3
0
3
4
0
0,414
0,669
90 2 1
2
3
0
48
26
0
12,100
7,218
30 1
2
3
0
3
4
0
0,762
1,343
120 2 1
2
3
3
59
39
0,003
14,531
9,735
30 1
2
3
0
3
10
0
0,969
1,776
Íåñèíõðîííîå ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ...
118 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
à á
â ã
ä å
æ ç
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü ïîâðåæäåííîñòè âàëîïðîâîäà òóðáèíû çà âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè â ýëåìåíòàõ
2 (à, â, ä, æ) è 3 (á, ã, å, ç) îò äëèòåëüíîñòè äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî ìîìåíòà ïðè
� � �30 (à–ã) è 120� (ä–ç) ïðè íåóñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ïðè ó÷åòå
ñâîáîäíûõ (1) è âûíóæäåííûõ (2) êîëåáàíèé, à òàêæå èõ ñóììû (3): à, á, ä, å – � � 2%; â, ã, æ,
ç – � � 30%.
À. Ï. Áîâñóíîâñêèé
ðàññîãëàñîâàíèÿ �� �120 (ðèñ. 5,æ,ç), â òî âðåìÿ êàê ïðè íèçêîì óðîâíå äåìïôè-
ðîâàíèÿ èñ÷åðïàíèå ðåñóðñà òóðáèíû íàñòóïàåò çàäîëãî äî äîñòèæåíèÿ óñòàíîâ-
ëåííîãî êîëè÷åñòâà ïóñêîâ (ðèñ. 5,à–å). Êðîìå òîãî, ïðè íèçêîì óðîâíå äåìïôèðî-
âàíèÿ öèêëè÷åñêîå ïîâðåæäåíèå ïðîèñõîäèò ãëàâíûì îáðàçîì ïðè ñâîáîäíûõ êîëå-
áàíèÿõ (íà ðèñ. 5 êðèâûå 1), ïðè âûñîêîì – ïðè âûíóæäåííûõ (íà ðèñ. 5 êðèâûå 2).
Ïðè óâåëè÷åíèè óãëà ðàññîãëàñîâàíèÿ â äèàïàçîíå �� 30…120� óðîâåíü ïîâðåæ-
äåííîñòè âîçðàñòàåò ïðèáëèçèòåëüíî â ïÿòü ðàç ïðè íèçêîì óðîâíå äåìïôèðîâàíèÿ è
ïî÷òè íà ïîðÿäîê ïðè âûñîêîì.
Î÷åâèäíî, ÷òî îòêëþ÷åíèå òóðáèíû ïðè íåóñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè ïðîèñõîäèò
ïðè ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ äëèòåëüíîñòè t ì . Ïîýòîìó, ÷òîáû äàííûå ðàñ÷åòà ïîâðåæäåí-
íîñòè áîëüøå îòâå÷àëè ðåàëüíîñòè, ïîâðåæäåííîñòü, îïðåäåëåííàÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ
çíà÷åíèé äëèòåëüíîñòè t iì , óñðåäíÿëàñü ïî çàðàíåå óñòàíîâëåííîìó èõ äèàïàçîíó
�t t tì ì. ê ì� � 1 (t ì. ê – êîíå÷íîå çíà÷åíèå äèàïàçîíà, t ì1 � 0,25 ñ – íà÷àëüíîå åãî
çíà÷åíèå). Øàã èçìåíåíèÿ âåëè÷èíû t ì áûë ïðèíÿò ðàâíûì hi � 0,001 ñ. Óñðåäíåí-
íàÿ ïîâðåæäåííîñòü � óñð îïðåäåëÿëàñü ïî ôîðìóëå
� �óñð
ì
ñóì�
�
1
1
t
i
i
K
,
ãäå � ñóì
i – ñóììàðíàÿ ïîâðåæäåííîñòü ïðè äëèòåëüíîñòè äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî
ìîìåíòà t iì .
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 119
à á
â ã
Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòü ïîâðåæäåííîñòè â ýëåìåíòàõ 2 (à, â) è 3 (á, ã) âàëîïðîâîäà òóðáèíû çà
âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè îò èíòåðâàëà óñðåäíåíèÿ äëèòåëüíîñòè äåéñòâèÿ ðåàêòèâíîãî êðóòÿùåãî
ìîìåíòà ïðè íåóñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ïðè ó÷åòå ñâîáîäíûõ (1) è
âûíóæäåííûõ (2) êîëåáàíèé, à òàêæå èõ ñóììû (3): à, â – � � �30 ; á, ã – � � �120 ; à, á – � � 2%;
â, ã – � � 30%.
Íåñèíõðîííîå ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ...
Íà ðèñ. 6 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà óñðåäíåííîé ïîâðåæäåííîñòè íàè-
áîëåå íàïðÿæåííîãî ó÷àñòêà âàëîïðîâîäà. Êàê âèäíî, óñðåäíåííàÿ ïîâðåæäåííîñòü
çíà÷èòåëüíî íèæå ìàêñèìóìîâ ñóììàðíîé ïîâðåæäåííîñòè è ñëàáî çàâèñèò îò èíòåð-
âàëà óñðåäíåíèÿ �t ì . Òàêèì îáðàçîì, ïðîÿâëÿþòñÿ äâà îñíîâíûõ ôàêòîðà, îïðå-
äåëÿþùèõ ñòåïåíü öèêëè÷åñêîãî ïîâðåæäåíèÿ ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà â ðåçóëüòàòå
êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé: ýòî óãîë ðàññîãëàñîâàíèÿ � è óðîâåíü äåìïôèðîâàíèÿ êîëå-
áàíèé â ñèñòåìå �. Â èññëåäîâàííîì äèàïàçîíå óãëîâ ðàññîãëàñîâàíèÿ íèçêèé óðî-
âåíü äåìïôèðîâàíèÿ íå ìîæåò ïðåäîòâðàòèòü äîñòèæåíèå ïðåäåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ
ìàòåðèàëà (ðèñ. 6,à,á). Â òî æå âðåìÿ âûñîêèé óðîâåíü äåìïôèðîâàíèÿ ñíèæàåò
ïîâðåæäåííîñòü ìàòåðèàëà çà âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè òóðáèíû äî áåçîïàñíûõ çíà÷åíèé
(ðèñ. 6,â), çà èñêëþ÷åíèåì ñëó÷àÿ íàèáîëüøåãî ðàññîãëàñîâàíèÿ (�� �120 ) – ðèñ. 6,ã.
Âëèÿíèå óãëà ðàññîãëàñîâàíèÿ íà óñðåäíåííóþ ïîâðåæäåííîñòü ýëåìåíòà 2
âàëîïðîâîäà ïîêàçàíî íà ðèñ. 7. Êàê âèäíî, îíî âåñüìà ñóùåñòâåííî, è åäèíñòâåííûé
ôàêòîð, ñïîñîáíûé åãî óìåíüøèòü – ýòî óðîâåíü äåìïôèðîâàíèÿ êîëåáàíèé â ñèñòåìå.
Ïðè íèçêîì óðîâíå äåìïôèðîâàíèÿ (�� 2%) èçáåæàòü îïàñíûõ äëÿ öåëîñòíîñòè
âàëîïðîâîäà óðîâíåé öèêëè÷åñêîãî ïîâðåæäåíèÿ ìîæíî, åñëè óãîë ðàññîãëàñîâàíèÿ
íå áóäåò ïðåâûøàòü 7� (ðèñ. 7,à). Ïðè âûñîêîì óðîâíå äåìïôèðîâàíèÿ (�� 30%)
ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå ìàòåðèàëà äîñòèãàåòñÿ ïðè óãëàõ ðàññîãëàñîâàíèÿ, ïðåâûøà-
þùèõ 100� (ðèñ. 7,á).
Çàêëþ÷åíèå. Ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ñ ãðóáîé ñèíõðîíèçàöèåé
ïðèâîäèò ê âîçáóæäåíèþ êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé âàëîïðîâîäà òóðáèíû. Èíòåíñèâ-
íîñòü ýòèõ êîëåáàíèé ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà óãëó ñäâèãà ôàç ìåæäó âåêòîðîì
ýëåêòðîäâèæóùåé ñèëû òóðáîãåíåðàòîðà è âåêòîðîì íàïðÿæåíèÿ ñåòè â ìîìåíò
âêëþ÷åíèÿ è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà óðîâíþ äåìïôèðîâàíèÿ êîëåáàíèé â ñèñ-
òåìå.
Îöåíêà öèêëè÷åñêîé ïîâðåæäåííîñòè ìàòåðèàëà âàëîïðîâîäà îò êðóòèëüíûõ
êîëåáàíèé çà 2000 ïóñêîâ êàê ïðè óñïåøíîì, òàê è íåóñïåøíîì ïîäêëþ÷åíèè
òóðáîãåíåðàòîðà ê ñåòè ïîêàçàëà, ÷òî ïðè âûñîêîì óðîâíå äèññèïàöèè ýíåðãèè â
ñèñòåìå (�� 30%) ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå ìàòåðèàëà äîñòèãàåòñÿ ëèøü ïðè çíà÷èòåëü-
íûõ óãëàõ ðàññîãëàñîâàíèÿ �� �90 . Ïðè íèçêîì óðîâíå äåìïôèðîâàíèÿ (�� 2%) ýòîò
óãîë íå ïðåâûøàåò 7�.
Ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå äèññèïàòèâíûõ ñâîéñòâ ñèñòåìû íà ðåçóëüòàòû ðåøåíèÿ
çàäà÷è äèíàìèêè âàëîïðîâîäà òóðáèíû è íà îöåíêó öèêëè÷åñêîé ïîâðåæäåííîñòè åãî
ìàòåðèàëà îáóñëîâëèâàåò íåîáõîäèìîñòü ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâà-
íèé õàðàêòåðèñòèê äåìïôèðîâàíèÿ êîëåáàíèé òóðáèíû.
120 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ðèñ. 7. Çàâèñèìîñòü óñðåäíåííîé ïî èíòåðâàëó �tì � 0,25 ñ ïîâðåæäåííîñòè ýëåìåíòà 2 âàëî-
ïðîâîäà òóðáèíû îò óãëà ðàññîãëàñîâàíèÿ ïðè ó÷åòå ñâîáîäíûõ (1) è âûíóæäåííûõ (2)
êîëåáàíèé, à òàêæå èõ ñóììû (3): à – � � 2%; á – � � 30%.
à á
À. Ï. Áîâñóíîâñêèé
Ð å ç þ ì å
Ïðåäñòàâëåíî ðåçóëüòàòè äîñë³äæåíü êðóòèëüíèõ êîëèâàíü âàëîïðîâîäó ïàðîâî¿ òóð-
á³íè, ùî âèíèêàþòü ïðè ï³äêëþ÷åíí³ òóðáîãåíåðàòîðà äî ìåðåæ³ ç ãðóáîþ ñèíõðî-
í³çàö³ºþ. Ïîêàçàíî ³ñòîòíó çàëåæí³ñòü öèõ êîëèâàíü â³ä ïàðàìåòð³â ðåàêòèâíîãî
êðóòíîãî ìîìåíòó. Îö³íåíî ïîøêîäæåí³ñòü ìàòåð³àëó âàëîïðîâîäó ïàðîâî¿ òóðá³íè
â³ä óòîìëåíîñò³ çà ð³çíèõ ðåæèì³â ï³äêëþ÷åííÿ òóðáîãåíåðàòîðà äî ìåðåæ³.
1. Ìàöåâèòûé Þ. Ì., Øóëüæåíêî Í. Ã., Ãîëîùàïîâ Â. Í. è äð. Ïîâûøåíèå
ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû òóðáîóñòàíîâîê ÒÝÑ è ÒÝÖ ïóòåì ìîäåðíèçàöèè,
ðåêîíñòðóêöèè è ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ðåæèìîâ èõ ýêñïëóàòàöèè. – Êèåâ: Íàóê.
äóìêà, 2008. – 366 ñ.
2. Çàãðåòäèíîâ È. Ø., Êîñòþê À. Ã., Òðóõíèé À. Ä., Äîëæàíñêèé Ï. Ð. Ðàçðóøåíèå
òóðáîàãðåãàòà 300 ÌÂò Êàøèðñêîé ÃÐÝÑ: ïðè÷èíû, ïîñëåäñòâèÿ è âûâîäû //
Òåïëîýíåðãåòèêà. – 2004. – ¹ 5. – Ñ. 5 – 15.
3. Dorfman L. S. and Trubelja M. Torsional monitoring of turbine-generators for
incipient failure detection // Proc. of the Sixth EPRI Steam Turbine/Generator
Workshop (August 17–20, 1999, St. Louis, MO). – 1999. – P. 1–6.
4. Stein J. and Fick H. The torsional stress analyzer for continuously monitoring turbine-
generators // Power Apparat. System., IEEE Trans. – 1980. – PAS-99, Issue 2. – P. 703
–710.
5. Barella S., Bellogini M., Boniardi M., and Cincera S. Failure analysis of a steam
turbine rotor // Eng. Failure Anal. – 2011. – 18. – P. 1511 – 1519.
6. Kakinoki T., Yokoyama R., Fujita G., et al. Shaft torque observer and excitation
control for turbine-generator torsional oscillation // Electr. Power Syst. Res. – 2004. –
68. – P. 248 – 257.
7. Wenzhi G. and Zhiyong H. Active control and simulation test study on torsional
vibration of large turbo-generator rotor shaft // Mech. Mach. Theory. – 2010. – 45. –
P. 1326 – 1336.
8. Áîâñóíîâñêèé À. Ï. Êðóòèëüíûå êîëåáàíèÿ âàëîïðîâîäà ïàðîâîé òóðáèíû ïðè
íåøòàòíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû òóðáîãåíåðàòîðà // Ïðîáë. ïðî÷íîñòè. – 2012. – ¹ 2.
– Ñ. 85 – 100.
9. Chan-Ki Kima and Gilsoo Jang. Effect of an excitation system on turbine-generator
torsional stress in an HVDC power system // Electr. Power Syst. Res. – 2007. – 77. –
P. 926 – 935.
10. Áîâñóíîâñüêèé À. Ï., Êóºâäà Â. Ï., Êóºâäà Þ. Â., Øòåôàí ª. Â. Âòîìíå
ïîøêîäæåííÿ âàëîïðîâîäó ïàðîâî¿ òóðá³íè ïðè íåñèíõðîííîìó ï³äêëþ÷åíí³ äî
ìåðåæ³ òóðáîãåíåðàòîðà // ³áðàö³¿ â òåõí³ö³ òà òåõíîëîã³ÿõ. – 2013. – ¹ 4. – Ñ. 51
– 57.
11. Áîâñóíîâñêèé À. Ï., ×åðíîóñåíêî Î. Þ., Øòåôàí Å. Â., Áàøòà Ä. À. Óñòàëîñò-
íîå ïîâðåæäåíèå è ðàçðóøåíèå ðîòîðîâ ïàðîâûõ òóðáèí â ðåçóëüòàòå êðóòèëü-
íûõ êîëåáàíèé // Ïðîáë. ïðî÷íîñòè. – 2010. – ¹ 1. – Ñ. 144 – 151.
12. Áîâñóíîâñêèé À. Ï. Îöåíêà óñòàëîñòíîé ïîâðåæäåííîñòè âàëîïðîâîäà ïàðîâîé
òóðáèíû â ðåçóëüòàòå åãî êðóòèëüíûõ êîëåáàíèé // Òàì æå. – 2011. – ¹ 5. – Ñ. 5 –
20.
13. Áîâñóíîâñêèé À. Ï. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ìíîãîöèêëîâîé óñòàëîñòè
è äåìïôèðóþùèõ ñâîéñòâ ðîòîðíîé ñòàëè Ð2ÌÀ ïðè êðó÷åíèè // Òàì æå. –
2011. – ¹ 4. – Ñ. 124 – 135.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 121
Íåñèíõðîííîå ïîäêëþ÷åíèå òóðáîãåíåðàòîðà ...
14. Êîñèíîâ Þ. Ï., Ôèëèïïîâ À. Ï. Êîëåáàíèÿ ðîòîðîâ òóðáîàãðåãàòîâ ïðè êîðîò-
êîì çàìûêàíèè ãåíåðàòîðà // Òåïëîýíåðãåòèêà. – 1974. – ¹ 6. – Ñ. 70 – 73.
15. Palmgren A. Life of ball bearings // Z. Verein. Deutsch. Ing. – 1924. – 68. – P. 339 –
341.
16. Miner M. A. Cumulative damage in fatigue // J. Appl. Mech. – 1945. – 12. – P. 159 –
164.
17. Êóäðÿâöåâ È. Â., Íàóì÷åíêîâ Í. Å. Õàðàêòåðèñòèêè ñîïðîòèâëåíèÿ óñòàëîñòè
ñòàëè 25ÕÍ3ÌÔÀ, îáóñëîâëåííûå àáñîëþòíûìè ðàçìåðàìè è êîíöåíòðàöèåé
íàïðÿæåíèé // Ïðîáë. ïðî÷íîñòè. – 1978. – ¹ 4. – Ñ. 17 – 22.
18. ÐÒÌ 108.021.103-85. Äåòàëè ïàðîâûõ ñòàöèîíàðíûõ òóðáèí. Ðàñ÷åò íà ìàëî-
öèêëîâóþ óñòàëîñòü. – Ì.: Ìèíýíåðãîìàø, 1985. – 49 ñ.
Ïîñòóïèëà 18. 12. 2013
122 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
À. Ï. Áîâñóíîâñêèé
|