Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии
Рассмотрена проблема обеспечения эрозионной надежности рабочих лопаток последней ступени мощных паровых турбин при нанесении противоэрозионного защитного покрытия методом атомно-ионного распыления материалов. Проблема решается с помощью разработанной универсальной математической модели каплеударной...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10922 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии / А.Л. Шубенко, А.Э. Ковальский, Ю.С Воробьев, Г.Н. Картмазов, В.Н. Романенко // Проблемы машинострения. — 2010. — Т. 13, № 1. — С. 3-11. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860258849610530816 |
|---|---|
| author | Шубенко, А.Л. Ковальский, А.Э. Воробьев, Ю.С. Картмазов, Г.Н. Романенко, В.Н. |
| author_facet | Шубенко, А.Л. Ковальский, А.Э. Воробьев, Ю.С. Картмазов, Г.Н. Романенко, В.Н. |
| citation_txt | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии / А.Л. Шубенко, А.Э. Ковальский, Ю.С Воробьев, Г.Н. Картмазов, В.Н. Романенко // Проблемы машинострения. — 2010. — Т. 13, № 1. — С. 3-11. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Рассмотрена проблема обеспечения эрозионной надежности рабочих лопаток последней ступени мощных паровых турбин при нанесении противоэрозионного защитного покрытия методом атомно-ионного распыления материалов. Проблема решается с помощью разработанной универсальной математической модели каплеударной эрозии. Обосновывается выбор параметров защитного покрытия для рабочих лопаток последней ступени. Приведены результаты сравнения полученных теоретических и экспериментальных данных.
Розглянута проблема забезпечення ерозійної надійності робочих лопаток останнього ступеня потужних парових турбін при нанесенні протиерозійного захисного покриття методом атомно-іонного розпилення матеріалів. Проблема вирішується за допомогою розробленої універсальної математичної моделі краплеударної ерозії. Обґрунтовується вибір параметрів захисного покриття для робочих лопаток останнього ступеня. Наведені результати порівняння здобутих теоретичних та експериментальних даних.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:52:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 3
УДК 621.165.620.193
А. Л. Шубенко, член-кор. НАН Украины*,
А. Э. Ковальский, д-р техн. наук*,
Ю. С. Воробьев, д-р техн. наук*,
Г. Н. Картмазов, канд. техн. наук**,
В. Н. Романенко*
* Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины
(Харьков, E-mail: shuben@ipmach.kharkov.ua)
** ННЦ «Харьковский физико-технический институт» НАН Украины
(Харьков, E-mail: kartmazov@kipt.kharkov.ua)
ВЛИЯНИЕ ЭРОЗИИ НА ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ПОСЛЕДНЕЙ СТУПЕНИ
ЦИЛИНДРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ МОЩНОЙ ПАРОВОЙ
ТУРБИНЫ
Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного
износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней
ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии
Рассмотрена проблема обеспечения эрозионной надежности рабочих лопаток послед-
ней ступени мощных паровых турбин при нанесении противоэрозионного защитного
покрытия методом атомно-ионного распыления материалов. Проблема решается с
помощью разработанной универсальной математической модели каплеударной эрозии.
Обосновывается выбор параметров защитного покрытия для рабочих лопаток послед-
ней ступени. Приведены результаты сравнения полученных теоретических и экспери-
ментальных данных.
Розглянута проблема забезпечення ерозійної надійності робочих лопаток останнього
ступеня потужних парових турбін при нанесенні протиерозійного захисного покриття
методом атомно-іонного розпилення матеріалів. Проблема вирішується за допомогою
розробленої універсальної математичної моделі краплеударної ерозії. Обґрунтовується
вибір параметрів захисного покриття для робочих лопаток останнього ступеня. Наве-
дені результати порівняння здобутих теоретичних та експериментальних даних.
Введение
В связи с возросшими периодами эксплуатации энергетических турбин на частичных
режимах возникает достаточно острая необходимость в переоценке эффективности тради-
ционных способов защиты от эрозионного износа рабочих лопаток последних ступеней ци-
линдров низкого давления (ЦНД). Это обстоятельство объясняется тем, что интенсивность
эрозионного износа длинных рабочих лопаток последних ступеней при эксплуатации в дан-
ных условиях существенно возрастает.
Создание новых эффективных проточных частей мощных паровых турбин преду-
сматривает одновременно и обеспечение их высокой эксплуатационной надежности. Вместе
с тем обеспечить высокие показатели эффективности и надежности последних ступеней
ЦНД в реальных условиях эксплуатации без правильного учета фактора эрозионной опасно-
сти невозможно [1–17].
Очевидно, что проблема повышения надежности последней ступени должна решать-
ся в совокупности с проблемой достаточно точного прогнозирования характеристик эрози-
онного износа рабочих лопаток на весь жизненный цикл паротурбинной установки. При
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 4
этом понятие надежности турбинной ступени рассматривается как совокупность основных
эксплуатационных требований, предъявляемых к конструктивным элементам проточной
части, выполнение которых позволяет обеспечить устойчивое функционирование последней
ступени в течение всего жизненного цикла паротурбинной установки (ПТУ) с гарантиро-
ванным качеством, то есть с высоким КПД, при жестких ограничениях на ее эрозионные и
вибрационные характеристики [1].
1. Модель вибрации рабочей лопатки с заданными характеристиками формы и
материала
При исследовании колебаний рабочей лопатки используется ее трехмерная конечно-
элементная модель. Геометрические характеристики лопатки задаются чертежами ограни-
ченного количества ее поперечных сечений. Лопатка рассматривается в глобальной правой
системе координат xyz, ось z совпадает с радиальным направлением, а ось x параллельна
осевому направлению в турбинной ступени. Каждый конечный элемент рассматривается в
локальной криволинейной системе координат ξηζ. Ось ξ – параллельна оси z, а криволиней-
ные оси η и ζ выбираются из условия наилучшего описания профильной поверхности рабо-
чей лопатки.
Изопараметрическая концепция метода конечных элементов (МКЭ) предполагает,
что геометрия элемента и перемещения u(ξ, η, ζ) описываются с помощью одних и тех же
функций формы Nk [18]
∑
∑
ζηξ=ζηξ
ζηξ=ζηξ
k
kk
k
ikki
vNu
xNx
,),,(),,(
,),,(),,(
где xik – координаты узловых точек в глобальной системе координат, а νk – значения пере-
мещений в узлах элемента.
Для трехмерной модели рабочей лопатки последней ступени был выбран изопара-
метрический криволинейный шестигранный элемент НК60 с квадратичным распределением
функции перемещений. Элемент НК60 отличается оптимальным сочетанием затрачиваемых
ресурсов ПЭВМ и точности результатов. Данный элемент имеет 20 узлов и принадлежит к
серендипову семейству. В качестве функций формы принимаются интерполяционные поли-
номы в виде
),2)(1)(1)(1(
8
1
−ζζ+ηη+ξξζζ+ηη+ξξ+= kkkkkkkN для k = 1, 2, …, 8;
)1)(1)(1(
4
1 2
kkkN ζζ+ηη+ξ−= для k = 9, 11, 13, 15;
)1)(1)(1(
4
1 2
kkkN ζζ+ξξ+η−= для k = 10, 12, 14, 16;
)1)(1)(1(
4
1 2
kkkN ηη+ξξ+ζ−= для k = 17, 18, 19, 20,
где k – номера узлов конечного элемента. Локальные координаты ξ, η, ζ изменяются от –1
до 1.
Зависимость для вектора перемещений можно записать так:
u = Nv,
где N – матрица функции формы; v – вектор перемещений в узлах конечных элементов.
Потенциальная энергия деформаций рабочей лопатки может быть представлена сле-
дующим образом:
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 5
∫∫∫ =εε=Π σ
)(
,
2
1
2
1
V
TT KvvdVD
где ε – вектор деформаций; Dσ – матрица свойств материала; К – глобальная матрица жест-
кости
∫∫∫ σ=
)(V
T dVBDBK ,
где B(N) – матрица градиентов функции формы.
Кинетическая энергия колеблющейся лопатки
∫∫∫ =⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
ρ=
)(
.2
2
1
2
1
V
T
MvvdV
t
uT ,
где M – глобальная матрица масс, определяемая выражением
∫∫∫ρ=
V
T dVNNM ,
где ρ – плотность лопаточного материала.
Работа центробежных сил при колебаниях лопатки представляется как
( )∫∫∫ =
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
∂
∂
+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
−+ρ
Ω
= Ω
)(
22
22
2
,
2
V
Tyx
zy QvvdV
z
u
z
uruuA
где ux, uy, uz – компоненты перемещений в направлении соответствующих осей координат;
множитель rΩ определяется в результате интегрирования функции ρ(R + z) по всей длине
рабочей лопатки
∫ +ρ=Ω
l
dzzRr
0
,)(
где l – заданная длина лопатки; R – радиус ротора турбины, на котором устанавливаются в
рассматриваемой ступени рабочие лопатки.
Глобальная матрица центробежных сил
[ ]∫∫∫ Ω−ρ
Ω
=
)(
2
,
2
V
T
a
T
a dVHHrNNQ
где Na – матрица, учитывающая наличие функций форм только для компонент перемещений
uy, uz; H – матрица компонент перемещений ux, uy, продифференцированная по z.
Интегрирование ведется по каждому конечному элементу в локальных нормирован-
ных координатах. Для численного интегрирования выбран метод Гаусса-Лежандра, который
обеспечивает высокую точность при минимальном количестве узлов интегрирования.
Задача о колебаниях трехмерной модели рабочей лопатки с изменяющейся формой
вследствие эрозионного износа входной кромки формулируется в виде
0)( =ν−+ν QKM && .
В результате ее решения определяется спектр собственных частот, формы переме-
щений и интенсивность напряжений в теле лопатки в виде соответствующих полей.
Рассматривались свободные колебания рабочей лопатки без бандажа, жестко защем-
ленной в корневом сечении, а также колебания рабочей лопатки с цельнофрезерованнным
полочным бандажом, жестко защемленной в корневом и периферийном сечениях. По тол-
щине рабочей лопатки выбирались два конечных элемента. Эрозионный износ учитывался
как изменение геометрических характеристик профилей рабочей лопатки в заданных сече-
ниях по высоте ступени.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 6
2. Влияние эрозионного износа рабочей лопатки на характеристики ее динамической
прочности
Эрозионные повреждения пера рабочей лопатки в наиболее опасной периферийной
зоне, прогнозируемые для различной продолжительности эксплуатации последней ступени
турбины К-220-44 на номинальном режиме (таблица), представлены на рис. 9 [19]. Из ри-
сунка видно, что разработанная универсальная математическая модель эрозии позволяет по-
лучать в зависимости от времени и режимов эксплуатации турбины положение фронта эро-
зионных повреждений рабочей лопатки в различных сечениях, заданных по ее длине.
Параметры последней турбинной ступени, рассчитанной на эрозию
l, м с1, м/с u, м/с tр.к, м tс, м δz, м α1, град ρ1, кг/м3
1030 273 578 0,107 0,157 0,065 13,5 0,073
1000 280,5 571,1 0,105 0,155 0,06047 13,6 0,072
950 293 559,6 0,103 0,151 0,06042 13,8 0,07
900 305,5 548,1 0,099 0,147 0,06037 14,0 0,069
845 319,3 535,5 0,096 0,143 0,0603 14,12 0,067
780 335,5 520,5 0,092 0,137 0,06025 14,4 0,065
730 348 509 0,089 0,133 0,0602 14,6 0,064
Модель рабочей лопатки строилась по 13 исходным сечениям (28 точек в каждом се-
чении). С учетом изменения геометрических характеристик последней ступени вследствие
эрозии определялись собственные частоты, формы перемещений и интенсивность напряже-
ний в рабочей лопатке с учетом ее вращения на роторе. На рис. 1 и 2 представлены поля ин-
тенсивности напряжений на первых десяти формах колебаний рабочей лопатки без учета
полочного бандажа на периферии рабочего колеса. Светлым тоном отмечена зона локализа-
ции интенсивности вибрационных напряжений со стороны выпуклой поверхности, обуслов-
ленная эрозионными повреждениями.
Рис. 1. Поля интенсивностей напряжений
при собственных колебаниях рабочей лопатки
последней ступени ЦНД без бандажа по
первым пяти формам
Рис. 2. Поля интенсивностей напряжений при
собственных колебаниях рабочей лопатки
последней ступени ЦНД без бандажа по
формам колебаний с шестой по десятую
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 7
Данные результаты позволили выделить формы колебаний, на которых эрозионные
повреждения рабочей лопатки приводят к возникновению на ее профильной поверхности
хорошо выраженных зон концентрации вибрационных напряжений.
При росте интенсивности напряжений окраска областей с расчетными значениями
данной вибрационной характеристики приобретает более теплые тона и смещается в сторо-
ну светлого тона (зоны профильной поверхности, где интенсивность напряжений является
наибольшей, имеют светлый тон).
Таким образом, предложенная информационная система [19], учитывающая боль-
шой комплекс взаимосвязанных рабочих процессов во влажно-паровых турбинных ступе-
нях, позволяет прогнозировать изменения вследствие эрозии основных эксплуатационных
показателей последних ступеней мощных паровых турбин. Кроме того, она дает возмож-
ность получать информацию о расположении на профильной поверхности зон, где эрозион-
ный износ создает наибольшую опасность для рабочей лопатки как наиболее нагруженного
элемента конструкции последней ступени.
Дальнейший этап комплексных численных исследований характеристик эрозионной
и вибрационной надежности рабочей лопатки последней ступени ЦНД заключается в прове-
дении расчетов, направленных на уточнение пространственного положения зон концентра-
ции эксплуатационных напряжений на профильной поверхности рабочей лопатки с учетом
реальной конструкции рабочего колеса (наличие цельнофрезерованного полочного бандажа
на периферии).
На рис. 3 приведены уточненные расчетные данные о распределении по выпуклой и
вогнутой поверхностям рабочей лопатки с бандажной полкой интенсивности вибрационных
напряжений при ее колебаниях по пятой и седьмой формам, наиболее опасных с точки зре-
ния негативного влияния эрозионных повреждений лопатки на ее динамическую прочность.
На рис. 3, а светлым тоном отмечены зоны локализации интенсивности вибрационных на-
пряжений, обусловленные эрозией, на рис. 3, б – зоны умеренной (в сравнении с колебания-
ми по 5-й форме) локализации интенсивности вибрационных напряжений, обусловленные
эрозией.
а) б)
Рис. 3. Поля интенсивности напряжений на выпуклой и вогнутой
сторонах профильной поверхности рабочей лопатки при колебаниях:
а) – по пятой форме, б) – по седьмой форме
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 8
Приведенные данные численных исследований позволяют для заданных режимных и
геометрических характеристик последней ступени обоснованно выделить зоны на профиль-
ной поверхности рабочей лопатки, где эрозионный износ представляет наибольшую опас-
ность. Эти данные обеспечивают необходимую информационную базу для правильной по-
становки и решения задачи о создании эффективной защиты рабочей лопатки от эрозии пас-
сивного типа, которая отвечает как особенностям ее конструкции, так и условиям эксплуа-
тации.
3. Выбор параметров противоэрозионного защитного покрытия для рабочей лопатки
последней ступени
Способ нанесения и метод расчета параметров нового эффективного противоэрози-
онного покрытия на рабочие лопатки последних ступеней мощных паровых турбин подроб-
но рассмотрен в работе [20].
Для установленных расчетным путем зон поверхности рабочей лопатки, характери-
зующихся повышенной опасностью эрозионного износа, определяются технологические па-
раметры нанесения противоэрозионного покрытия, способного обеспечить эффективную
защиту входной кромки рабочей лопатки от эрозии.
С учетом ранее накопленного опыта создания вакуумных противоэрозионных по-
крытий для защиты рабочих лопаток влажно-паровых ступеней от эрозионного износа была
выбрана технология атомно-ионного распыления материалов в вакууме (АИР). Основой
технологии создания покрытий по методу АИР является метод электронно-лучевого испаре-
ния материала покрытия в вакууме с последующей ионизацией паровой фазы и осаждением
ее на поверхность подложки, который в настоящее время широко используется для нанесе-
ния защитных покрытий различного типа.
Метод атомно-ионного распыления материалов в вакууме дает возможность полу-
чать плазменные покрытия при сравнительно низких температурах на подложке, что позво-
ляет избежать изменений механических характеристик материала подложки в ее поверхно-
стном слое при нанесении покрытий.
Основным вопросом, который требует изучения при создании эффективного проти-
воэрозионного защитного покрытия для рабочих лопаток последних ступеней мощных па-
ровых турбин, является вопрос о величине и знаке структурных макронапряжений, возни-
кающих в защитном покрытии на поверхности раздела «подложка-покрытие», и результате
их суперпозиции с макронапряжениями, возникающими в слое покрытия при эксплуатации
рабочей лопатки.
Суперпозиция изменяющихся по толщине противоэрозионного покрытия внутрен-
них напряжений и напряжений в волне Рэлея, которая распространяется в покрытии при со-
ударении рабочей лопатки с эрозионно опасными каплями, позволяет на базе предложенно-
го в работе [20] метода расчета осуществлять оценки эффективности предложенной пассив-
ной защиты рабочих лопаток от эрозии.
Данная оценка выполняется в наиболее эрозионно опасной («критической») точке
поверхности рабочей лопатки, найденной расчетным путем, с учетом приведенных выше
результатов численных исследований.
Толщина хромового вакуумного противоэрозионного покрытия, предлагаемого для
защиты рабочих лопаток последних ступеней ЦНД от эрозии, должна быть минимальной, но
достаточной для того, чтобы исключить возможность суперпозиции на поверхности раздела
«покрытие-подложка» действующих в нем растягивающих внутренних напряжений и растя-
гивающих напряжений в волне Рэлея от ударов наиболее эрозионно опасных капель, попа-
дающих в «критическую» точку профильной поверхности рабочей лопатки.
Для хромового вакуумного покрытия, имеющего наилучшие защитные свойства,
найденная расчетным путем толщина δ = 15÷20 мкм. При такой толщине покрытия величина
осредненных по его толщине внутренних сжимающих напряжений σср ≅ 0,3 ГПа, а величина
растягивающих внутренних напряжений на поверхности раздела «покрытие-подложка» ока-
зывается близкой к нулю.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 9
В работе [20] показано, что наибольшее растягивающее напряжение в волне Рэлея,
которое возникает вблизи границы пятна контакта твердой подложки с достаточно крупной
каплей влаги, для различных материалов, но одинаковых условиях ударного воздействия
капель прямо пропорционально коэффициенту
1/
1
CCR
=γ ,
где CR, C1 – скорости распространения в материале подложки волны Рэлея и продольной
волны соответственно.
Принимая во внимание этот теоретический результат, а также данные приведенных
выше комплексных численных исследований, удалось обосновать вывод о том, что тонкое
(δ = 20 мкм) хромовое вакуумное покрытие позволяет полностью компенсировать наиболь-
шие растягивающие волновые напряжения, возникающие на внешней поверхности покры-
тия от ударов наиболее эрозионно опасных капель по «критической» точке профильной по-
верхности рабочей лопатки последней ступени.
При выборе толщины защитного покрытия важно также учитывать наибольшую
глубину проникновения в противоэрозионное покрытие волны Рэлея. По методу расчета,
предложенному в работе [20], найдена наибольшая глубина проникновения волны Рэлея в
хромовое вакуумное покрытие (15 мкм).
Обоснованность тонкого хромового вакуумного покрытия, наносимого методом
АИР на входные кромки рабочих лопаток последней ступени ЦНД, в качестве эффективного
способа их пассивной защиты от эрозии была подтверждена результатами эксперименталь-
ных исследований на эрозионном стенде.
На рис. 4 представлен экспериментальный образец из материала 20Х13 с противо-
эрозионным защитным покрытием, на рис. 5 – с разработанным новым противоэрозионным
защитным покрытием.
Заключение
Полученные результаты показывают, что рассмотренный подход к проблеме и пред-
ложенный комплекс математических моделей и программ позволяет разрабатывать конст-
руктивные и режимные мероприятия, обеспечивающие значительное повышение экономич-
ности, эрозионной износостойкости, вибрационной надежности и соответственно – рабочего
ресурса влажно-паровых турбинных ступеней.
Рис. 5. Экспериментальный образец из
материала 20Х13 с тонким хромовым
противоэрозионным защитным покрытием
(светлая часть поверхности образца),
нанесенным методом АИР
Рис. 4. Экспериментальный образец
из материала 20Х13
с противоэрозионным покрытием,
нанесенным методом электроискрового
упрочнения
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 10
Представляется, что на базе использования рассмотренного комплекса математиче-
ских моделей открывается возможность значительного улучшения основных эксплуатаци-
онных показателей последних ступеней ЦНД энергетических турбин. При этом необходимо
дальнейшее развитие вычислительных возможностей разработанной информационной сис-
темы для решения больших комплексных задач, непосредственно связанных с проблемой
эффективной модернизации проточных частей мощных паровых турбин.
На основании результатов исследований, проведенных авторами, можно заключить
следующее.
Экономичность последней ступени по мере развития эрозии рабочих лопаток замет-
но падает.
Высшие формы напряжений в зоне эрозии приобретают явно выраженные всплески,
которые представляют существенную опасность для динамической прочности рабочей ло-
патки, обусловленную эрозией. Это связано с тем, что в зонах развитого эрозионного износа
возникает большое число концентраторов эксплуатационных напряжений, которые могут
привести к отрыву периферийной части пера рабочей лопатки.
Предложенная система прогнозирования основных эксплуатационных показателей
последних ступеней ЦНД мощных паровых турбин позволяет эффективно решать следую-
щие задачи при их модернизации:
1. Прогнозировать интенсивность эрозионного износа рабочих венцов при заданных
режимных и геометрических параметрах влажно-паровых турбинных ступеней.
2. Прогнозировать снижение экономичности и вибрационной надежности влажно-
паровых турбинных ступеней вследствие эрозионного износа рабочих лопаток.
3. Разрабатывать эффективные противоэрозионные мероприятия (в том числе пас-
сивного типа) в частях низкого давления энергетических турбин, которые могут обеспечить
существенное повышение экономичности, эрозионной износостойкости и вибрационной на-
дежности последних ступеней.
Литература
1. Шубенко-Шубин А. Л. Оптимальное проектирование последней ступени мощных паровых турбин /
Л. А. Шубенко-Шубин, А. А. Тарелин., Ю. П. Антипцев. – Киев: Наук. думка, 1980. – 228 с.
2. Ковальский А. Э. Исследование показателей эрозионной и вибрационной надежности рабочих ло-
паток влажнопаровых турбин на различных эксплуатационных режимах / А. Э. Ковальский,
С. П. Канило, Н. В. Лыхвар, И. Н. Шевякова // Авиац.-косм. техника и технология. – 1999. –
Вып. 9. – С. 438–442.
3. Shubenko A. L. Modelling the steam flow with spontaneous condensation in a turbine stage // Proc. Fifth
Intern. Conf. Fluid Mech. −Cairo, 1995. −P. 671–680.
4. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. – Л.: Наука, 1975. – 598 с.
5. Hill P. G. Condensation of water vapour during supersonic expansion in nozzles // J. Fluid Mech. – 1966.
– 25, pt. 3. − P. 593–620.
6. Flow and Drop Size Investigations of Wet Steam at Sub- and Supersonic Velocities with the Theory of
Homogeneous Condensation / D. Barschdorff, G. Hausmann, A. Ludwig // Proc. 3 Sci. Conf. Steam Tur-
bines Great Output. – Gdansk, 1974. – № 70 – 72. – P. 241–257.
7. Ковальский А. Э. Математическая модель высокоскоростного удара эрозионно-опасной капли кон-
денсата по рабочей лопатке влажно-паровой ступени энергетической турбины // Вестн. двигателе-
строения. – 2004. – № 2. – С. 51–59.
8. Ковальский А. Э. Теоретическое обоснование механизма каплеударной эрозии рабочих лопаток
осевых турбомашин // Авіац.-косм. техніка і технологія: Зб. наук. пр. – Харків: Нац. аерокосмічний
ун-т «ХАІ». – 2001. – Вип. 23. Двигуни та енергоустановки. − С. 33–41.
9. Эрозия / Под ред. К. Прис. – М.: Мир, 1982. – 464 с.
10. Шубенко А. Л. Кинетическая модель каплеударной эрозии рабочих лопаточных аппаратов паро-
вых турбин / А. Л. Шубенко, А. Э. Ковальский // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. −1989. −
№ 5. − С. 94–101.
11. Ковальский А. Э. Универсальная математическая модель инкубационного периода каплеударной
эрозии материала рабочих лопаток влажно-паровых турбин // Вестн. двигателестроения. – 2006. –
№ 3. – С. 107–116.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2010, Т. 13, № 1 11
12. Перельман Р. Г. Эрозионная прочность деталей и энергоустановок летательных аппаратов. – М.:
Машиностроение, 1980. – 245 с.
13. Яблоник Р. М. Экспериментальное исследование эрозионной стойкости лопаточных материалов /
Р. М. Яблоник, В. В. Поддубенко // Энергомашиностроение. – 1975. – № 11. – С. 29-31.
14. Пряхин В. В. Проблемы эрозии турбинных рабочих лопаток / В. В. Пряхин, О. А. Поваров,
В. А. Рыженков // Теплоэнергетика. – 1984. – № 10. – С. 25–30.
15. Baker D. The resistance of materials to impact erosion damage / D. Baker, K. Jolliffe, D. Pearson // Phil.
Trans. the Royal Society London. – Ser. A. – 1966. – 260, № 1110. – P. 193–203.
16. Поваров О. А. Исследование эрозионного износа рабочих лопаток паровых турбин / О. А. Поваров,
Б. Станиша, В. А. Рыженков // Теплоэнергетика. − 1988. − № 4. − С. 66–69.
17. Гаркуша А. В. Аэродинамика проточной части паровых турбин. − М.: Машиностроение, 1983. −
184 с.
18. Воробьев Ю. С. Колебания лопаточного аппарата турбомашин. – Киев: Наук. думка, 1988. – 224 с.
19. Шубенко А. Л. Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки
последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины. Часть 1. Прогнозирова-
ние эрозионной опасности в последних ступенях энергетических турбин / А. Л. Шубенко,
А. Э. Ковальский, Ю. С. Воробьев, Г. Н. Картмазов, В. Н. Романенко // Пробл. машиностроения. –
2009. – 12, № 4. – С. 7–16.
20. Ковальский А. Э. Обоснование толщины и условий нанесения вакуумного противоэрозионного
покрытия для рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин / А. Э. Ковальский,
Г. Н. Картмазов, В. В. Кунченко // Авиац.-косм. техника и технология. – 2006. – № 6 (32). – С. 5–
18.
Поступила в редакцию
05.12.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10922 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:52:38Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шубенко, А.Л. Ковальский, А.Э. Воробьев, Ю.С. Картмазов, Г.Н. Романенко, В.Н. 2010-08-10T08:16:45Z 2010-08-10T08:16:45Z 2010 Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии / А.Л. Шубенко, А.Э. Ковальский, Ю.С Воробьев, Г.Н. Картмазов, В.Н. Романенко // Проблемы машинострения. — 2010. — Т. 13, № 1. — С. 3-11. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10922 621.165.620.193 Рассмотрена проблема обеспечения эрозионной надежности рабочих лопаток последней ступени мощных паровых турбин при нанесении противоэрозионного защитного покрытия методом атомно-ионного распыления материалов. Проблема решается с помощью разработанной универсальной математической модели каплеударной эрозии. Обосновывается выбор параметров защитного покрытия для рабочих лопаток последней ступени. Приведены результаты сравнения полученных теоретических и экспериментальных данных. Розглянута проблема забезпечення ерозійної надійності робочих лопаток останнього ступеня потужних парових турбін при нанесенні протиерозійного захисного покриття методом атомно-іонного розпилення матеріалів. Проблема вирішується за допомогою розробленої універсальної математичної моделі краплеударної ерозії. Обґрунтовується вибір параметрів захисного покриття для робочих лопаток останнього ступеня. Наведені результати порівняння здобутих теоретичних та експериментальних даних. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Энергетическое машиностроение Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии Шубенко, А.Л. Ковальский, А.Э. Воробьев, Ю.С. Картмазов, Г.Н. Романенко, В.Н. Энергетическое машиностроение |
| title | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии |
| title_full | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии |
| title_fullStr | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии |
| title_full_unstemmed | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии |
| title_short | Влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.Часть 2. Прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии |
| title_sort | влияние эрозии на основные эксплуатационные характеристики рабочей лопатки последней ступени цилиндра низкого давления мощной паровой турбины.часть 2. прогнозирование изменяющихся вследствие эрозионного износа вибрационных характеристик рабочей лопатки последней ступени и выбор способа ее пассивной защиты от эрозии |
| topic | Энергетическое машиностроение |
| topic_facet | Энергетическое машиностроение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10922 |
| work_keys_str_mv | AT šubenkoal vliânieéroziinaosnovnyeékspluatacionnyeharakteristikirabočeilopatkiposledneistupenicilindranizkogodavleniâmoŝnoiparovoiturbinyčastʹ2prognozirovanieizmenâûŝihsâvsledstvieérozionnogoiznosavibracionnyhharakteristikrabočeilopatkiposledneistupeniivyborsposobae AT kovalʹskiiaé vliânieéroziinaosnovnyeékspluatacionnyeharakteristikirabočeilopatkiposledneistupenicilindranizkogodavleniâmoŝnoiparovoiturbinyčastʹ2prognozirovanieizmenâûŝihsâvsledstvieérozionnogoiznosavibracionnyhharakteristikrabočeilopatkiposledneistupeniivyborsposobae AT vorobʹevûs vliânieéroziinaosnovnyeékspluatacionnyeharakteristikirabočeilopatkiposledneistupenicilindranizkogodavleniâmoŝnoiparovoiturbinyčastʹ2prognozirovanieizmenâûŝihsâvsledstvieérozionnogoiznosavibracionnyhharakteristikrabočeilopatkiposledneistupeniivyborsposobae AT kartmazovgn vliânieéroziinaosnovnyeékspluatacionnyeharakteristikirabočeilopatkiposledneistupenicilindranizkogodavleniâmoŝnoiparovoiturbinyčastʹ2prognozirovanieizmenâûŝihsâvsledstvieérozionnogoiznosavibracionnyhharakteristikrabočeilopatkiposledneistupeniivyborsposobae AT romanenkovn vliânieéroziinaosnovnyeékspluatacionnyeharakteristikirabočeilopatkiposledneistupenicilindranizkogodavleniâmoŝnoiparovoiturbinyčastʹ2prognozirovanieizmenâûŝihsâvsledstvieérozionnogoiznosavibracionnyhharakteristikrabočeilopatkiposledneistupeniivyborsposobae |