Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages
This paper deals with erosive damage influence on the vibration features of the working blades of the fifth-stage of the low pressure cylinder (LPC) of a K-1000-60/3000 steam turbine for a nuclear power plant (NPP). The blades are made of the TS5 titanium alloy and have a length of 1,200 mm. Notable...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/153852 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-153852 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| topic |
erosive damage vibration blade resource titanium alloy UDC 539.3 эрозионные повреждения колебания лопатка ресурс титановый сплав УДК 539.3 ерозійні пошкодження коливання лопатка ресурс титановий сплав УДК 539.3 |
| spellingShingle |
erosive damage vibration blade resource titanium alloy UDC 539.3 эрозионные повреждения колебания лопатка ресурс титановый сплав УДК 539.3 ерозійні пошкодження коливання лопатка ресурс титановий сплав УДК 539.3 Vorobiov, Yu. S. Ovcharova, N. Yu. Olkhovskyi, A. S. Makhnenko, O. V. Torop, V. M. Hopkalo, O. Ye. Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages |
| topic_facet |
erosive damage vibration blade resource titanium alloy UDC 539.3 эрозионные повреждения колебания лопатка ресурс титановый сплав УДК 539.3 ерозійні пошкодження коливання лопатка ресурс титановий сплав УДК 539.3 |
| format |
Article |
| author |
Vorobiov, Yu. S. Ovcharova, N. Yu. Olkhovskyi, A. S. Makhnenko, O. V. Torop, V. M. Hopkalo, O. Ye. |
| author_facet |
Vorobiov, Yu. S. Ovcharova, N. Yu. Olkhovskyi, A. S. Makhnenko, O. V. Torop, V. M. Hopkalo, O. Ye. |
| author_sort |
Vorobiov, Yu. S. |
| title |
Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages |
| title_short |
Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages |
| title_full |
Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages |
| title_fullStr |
Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages |
| title_full_unstemmed |
Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages |
| title_sort |
vibration features of titanium alloy blades with erosive damages |
| title_alt |
Особенности колебаний лопаток из титанового сплава с эрозионными повреждениями Особливості коливань лопаток з титанового сплаву з ерозійними пошкодженнями |
| description |
This paper deals with erosive damage influence on the vibration features of the working blades of the fifth-stage of the low pressure cylinder (LPC) of a K-1000-60/3000 steam turbine for a nuclear power plant (NPP). The blades are made of the TS5 titanium alloy and have a length of 1,200 mm. Notable erosive damages were observed in the fifth-stage LPC blades after more than 180,000 hours of operation at the Khmelnytska NPP, the greatest danger arising due to the formation of craters and slit-type damages. Such damage causes stress concentration, which leads to a decrease in fatigue and residual life. The radius of the erosive damage front mouth is noticeably larger than that of a fatigue crack. With such damages to the edge-to-edge contact, no damages can be observed. In the course of research, there was developed a finite-element model of a blade having a more condensed grid in the damage area, but a less condensed one in the main volume of the blade. There have been performed multivariate numerical oscillation studies of blades with different numbers of damages, which are located in different places along the blade length in the stress localization zone arising due to the features of vibration forms. There have been revealed the features of stress distribution in damage zones. It has been shown that an increase in the number of damages leads to an increase in the area of increased stresses but does not increase their concentration. There have been considered vibrations of the blades under the load of a conditional value, which made it possible to determine the real vibration stress concentration factors in the damage zones. This allows one to use the experience of analyzing the vibrations of damaged titanium alloy compressor blades. The degree of reduction of the endurance limit of damaged titanium alloy blades has been revealed. Recommendations on preventing damaged K-1000-60/3000 turbine blades from being used have been developed. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/153852 |
| work_keys_str_mv |
AT vorobiovyus vibrationfeaturesoftitaniumalloybladeswitherosivedamages AT ovcharovanyu vibrationfeaturesoftitaniumalloybladeswitherosivedamages AT olkhovskyias vibrationfeaturesoftitaniumalloybladeswitherosivedamages AT makhnenkoov vibrationfeaturesoftitaniumalloybladeswitherosivedamages AT toropvm vibrationfeaturesoftitaniumalloybladeswitherosivedamages AT hopkalooye vibrationfeaturesoftitaniumalloybladeswitherosivedamages AT vorobiovyus osobennostikolebanijlopatokiztitanovogosplavasérozionnymipovreždeniâmi AT ovcharovanyu osobennostikolebanijlopatokiztitanovogosplavasérozionnymipovreždeniâmi AT olkhovskyias osobennostikolebanijlopatokiztitanovogosplavasérozionnymipovreždeniâmi AT makhnenkoov osobennostikolebanijlopatokiztitanovogosplavasérozionnymipovreždeniâmi AT toropvm osobennostikolebanijlopatokiztitanovogosplavasérozionnymipovreždeniâmi AT hopkalooye osobennostikolebanijlopatokiztitanovogosplavasérozionnymipovreždeniâmi AT vorobiovyus osoblivostíkolivanʹlopatokztitanovogosplavuzerozíjnimipoškodžennâmi AT ovcharovanyu osoblivostíkolivanʹlopatokztitanovogosplavuzerozíjnimipoškodžennâmi AT olkhovskyias osoblivostíkolivanʹlopatokztitanovogosplavuzerozíjnimipoškodžennâmi AT makhnenkoov osoblivostíkolivanʹlopatokztitanovogosplavuzerozíjnimipoškodžennâmi AT toropvm osoblivostíkolivanʹlopatokztitanovogosplavuzerozíjnimipoškodžennâmi AT hopkalooye osoblivostíkolivanʹlopatokztitanovogosplavuzerozíjnimipoškodžennâmi |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:04Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:04Z |
| _version_ |
1809016134074105856 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-1538522019-01-15T15:19:23Z Vibration features of titanium alloy blades with erosive damages Особенности колебаний лопаток из титанового сплава с эрозионными повреждениями Особливості коливань лопаток з титанового сплаву з ерозійними пошкодженнями Vorobiov, Yu. S. Ovcharova, N. Yu. Olkhovskyi, A. S. Makhnenko, O. V. Torop, V. M. Hopkalo, O. Ye. erosive damage vibration blade resource titanium alloy UDC 539.3 эрозионные повреждения колебания лопатка ресурс титановый сплав УДК 539.3 ерозійні пошкодження коливання лопатка ресурс титановий сплав УДК 539.3 This paper deals with erosive damage influence on the vibration features of the working blades of the fifth-stage of the low pressure cylinder (LPC) of a K-1000-60/3000 steam turbine for a nuclear power plant (NPP). The blades are made of the TS5 titanium alloy and have a length of 1,200 mm. Notable erosive damages were observed in the fifth-stage LPC blades after more than 180,000 hours of operation at the Khmelnytska NPP, the greatest danger arising due to the formation of craters and slit-type damages. Such damage causes stress concentration, which leads to a decrease in fatigue and residual life. The radius of the erosive damage front mouth is noticeably larger than that of a fatigue crack. With such damages to the edge-to-edge contact, no damages can be observed. In the course of research, there was developed a finite-element model of a blade having a more condensed grid in the damage area, but a less condensed one in the main volume of the blade. There have been performed multivariate numerical oscillation studies of blades with different numbers of damages, which are located in different places along the blade length in the stress localization zone arising due to the features of vibration forms. There have been revealed the features of stress distribution in damage zones. It has been shown that an increase in the number of damages leads to an increase in the area of increased stresses but does not increase their concentration. There have been considered vibrations of the blades under the load of a conditional value, which made it possible to determine the real vibration stress concentration factors in the damage zones. This allows one to use the experience of analyzing the vibrations of damaged titanium alloy compressor blades. The degree of reduction of the endurance limit of damaged titanium alloy blades has been revealed. Recommendations on preventing damaged K-1000-60/3000 turbine blades from being used have been developed. Рассматривается влияние эрозионных повреждений на особенности колебаний рабочих лопаток пятой степени цилиндра низкого давления (ЦНД) паровой турбины К-1000-60 / 3000 для атомной электростанции (АЭС). Лопатки изготовлены из титанового сплава ТС5 и имеют длину 1200 мм. Заметные эрозионные повреждения наблюдались в лопатках пятой степени ЦНД после отработки более 180 тыс. часов в ПП «Хмельницкая АЭС». Наибольшая опасность возникает за счет образования кратеров и щелевидных повреждений. Такие повреждения вызывают концентрацию напряжений, ведут к снижению предела усталости и остаточного ресурса. Радиус в устье (фронте) эрозионного повреждения заметно больше, чем для усталостной трещины. При таких повреждениях контакта берегов повреждений не наблюдается. В процессе исследований разработана конечноэлементная модель лопатки, которая имеет более густую сетку в области повреждений, но менее густую в основном объеме лопатки. Выполнены многовариантные численные исследования колебаний лопаток с разным количеством повреждений, которые расположены в разных местах по длине лопатки в зоне локализации напряжений, и возникают за счет особенностей форм колебаний. Были обнаружены особенности распределения напряжений в зонах повреждений. Показано, что увеличение количества повреждений приводит к росту зоны повышенных напряжений, но не вызывает большей концентрации напряжений. Рассмотрены колебания лопаток при воздействии нагрузок условной величины, что позволило выявить реальные коэффициенты концентрации вибрационных напряжений в местах повреждений. Это дает возможность использовать опыт анализа колебаний компрессорных лопаток из титановых сплавов с повреждениями. Выявлена степень снижения предела выносливости лопаток из титановых сплавов с повреждениями. Разработаны рекомендации по предотвращению опасных режимов работы лопаток турбин К-1000-60 / 3000 с повреждениями. Розглядається вплив ерозійних пошкоджень на особливості коливань робочих лопаток п'ятого ступеня циліндра низького тиску (ЦНТ) парової турбіни К-1000-60/3000 для атомної електростанції (АЕС). Лопатки виготовлені з титанового сплаву ТС5 і мають довжину 1200 мм. Помітні ерозійні пошкодження спостерігалися в лопатках п'ятого ступеня ЦНТ після відпрацювання понад 180 тис. годин на ВП «Хмельницька АЕС». Найбільша небезпека виникає за рахунок утворення кратерів і щілиноподібних пошкоджень. Такі пошкодження викликають концентрацію напружень, що веде до зниження межі утоми і залишкового ресурсу. Радіус в усті (фронті) ерозійного пошкодження помітно більше, ніж для утомної тріщини. За таких пошкоджень контакту берегів пошкоджень не спостерігається. В процесі досліджень була розроблена скінченноелементна модель лопатки, що має більш густу сітку в області пошкоджень, але менш густу в основному об’ємі лопатки. Виконано багатоваріантні чисельні дослідження коливань лопаток з різною кількістю пошкоджень, які розташовані в різних місцях по довжині лопатки в зоні локалізації напружень, що виникає за рахунок особливостей форм коливань. Виявлено особливості розподілу напружень в зонах пошкоджень. Показано, що збільшення кількості пошкоджень призводить до зростання зони підвищених напружень, але не викликає більшої їх концентрації. Розглянуто коливання лопаток під час дії навантажень умовної величини, що дозволило виявити реальні коефіцієнти концентрації вібраційних напружень в місцях пошкоджень. Це дає можливість використати досвід аналізу коливань компресорних лопаток з титанових сплавів з пошкодженнями. Виявлено ступінь зниження межі витривалості лопаток з титанових сплавів з пошкодженнями. Розроблено рекомендації щодо запобігання небезпечним режимам роботи лопаток турбін К-1000-60/3000 з пошкодженнями. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2019-01-08 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/153852 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 21 No. 4 (2018); 13-21 Проблемы машиностроения; Том 21 № 4 (2018); 13-21 Проблеми машинобудування; Том 21 № 4 (2018); 13-21 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/153852/154065 https://journals.uran.ua/jme/article/view/153852/154066 Copyright (c) 2019 Yu. S. Vorobiov, N. Yu. Ovcharova, A. S. Olkhovskyi, O. V. Makhnenko, V. M. Torop, O. Ye. Hopkalo https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |