Розвиток теорії каплеударной ерозії та створення ефективного протиерозіїного захисту робочих лопаток парових турбін

На базі наведених гіпотез побудована математична модель нестаціонарного фізико-хімічного процесу формування хімічних зв'язків між атомами рідкої частки плазмового керметного покриття і твердої підкладки з лопаткового матеріалу в різних кільцевих зонах плями контакту, що розширюється, при високошвидкісному співударянні частки з підкладкою.

З моделі (23) безпосередньо випливає модель В.В. Кудинова як окремий випадок, що відповідає умовам взаємодії частки з підкладкою на порівняно невеликих швидкостях нормального співударяння (V₀100 м/с), коли нестаціонарністю тиску в межах виділюваних на плямі контакту кільцевих зон і, відповідно, нестаціонарністю процесу формування хімічних зв'язків у цих зонах можна зневажити.

З (23) випливає, що при сталій температурі на поверхні підкладки (T_k) і досить високій швидкості нормального удару (V₀>100 м/с) у кільцевих зонах плями контакту, розташованих ближче до центра удару частки, кількість зв'язків, що виникають між її атомами й атомами підкладки, завжди буде більше, ніж у кільцевих зонах, більш віддалених від цього центра. Цей висновок кореспондує результатам експериментальних досліджень різних авторів зон тужавіння на плямі контакту.

Таким чином, міцність зчеплення з поверхнею підкладки з лопаткового матеріалу часток плазмового НВЧ-поглинаючого керметного покриття варто визначати з урахуванням нестаціонарності ударного тиску, що виникає в контактній області, що проявляється тим сильніш, чим вище швидкість нормального співударяння часток з підкладкою. Якщо дана характеристика покриття буде визначатися за моделлю В.В. Кудинова, то її значення в діапазоні швидкостей V₀ = 110335 м/с будуть явно завищеними.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Розроблено математичну модель напруженого стану робочих лопаток внаслідок ударів ерозійно-небезпечних крапель вологи.

2. Установлено механізм ерозійного руйнування, що реалізується в матеріалі робочих лопаток при різних краплеударних навантаженнях.

3. Розроблено математичну модель удару великої вторинної краплі конденсату по робочій лопатці останнього ступеня, що дозволяє визначати гідродинамічні параметри в краплі в аналітичному вигляді.

4. Установлено характер зміни сили удару, що діє на робочу лопатку при співударянні з ерозійно-небезпечною краплею, і обґрунтована зростаюча роль квазістатичних напружень у процесі ерозійного руйнування робочої лопатки на пізніх стадіях її взаємодії із краплею.

5. Розроблено універсальну математичну модель краплеударної ерозії лопаткових матеріалів і запропонований фізично обґрунтований метод прогнозування ерозійного зношування робочих лопаток останніх ступенів.

6. Розроблено алгоритм дворівневої ідентифікації комплексної математичної моделі ерозії, що дозволяє прогнозувати ширину зони ерозійних пошкоджень робочих лопаток натурних останніх ступенів ЦНТ парових турбін як функцію часу та режимів їхньої експлуатації.

7. Розроблено інформаційну систему прогнозування за часом і умовами експлуатації ерозійної стійкості робочих лопаток останніх ступенів ЦНТ потужних парових турбін та їхніх характеристик, що змінюються внаслідок ерозійного зношування робочих лопаток.

8. Виявлено локалізацію вібраційних напружень у зонах розвиненого ерозійного зносу на периферії довгих робочих лопаток останніх ступенів, здатну призводити до виникнення магістральних тріщин від утоми.

9. Теоретично за допомогою розробленої інформаційної системи і експериментально обґрунтовано метод, параметри й умови нанесення на робочі лопатки останнього ступеня ЦНТ ефективного тонкого хромового вакуумного протиерозійного захисного покриття, що забезпечує збільшення ерозійної стійкості цих лопаток в 5,5 разів у порівнянні із традиційними способами їхнього пасивного захисту від ерозії.

10. Обґрунтовано необхідність застосування НВЧ-поглинаючого керметного покриття, що дозволяє збільшити в 5,9 разів ефективність периферійного вологовидалення за напрямним апаратом останніх ступенів за допомогою НВЧ ЕМП у порівнянні з вологовидаленням з тієї ж зони проточної частини традиційними способами.

11. Обґрунтовано можливість значного збільшення потужності, економічності та ерозійної надійності останніх ступенів ЦНТ потужних парових турбін при переході від традиційних способів сепарації вологи до активного захисту їхніх робочих лопаток від ерозії за допомогою НВЧ ЕМП.

12. Запропонований фізично обґрунтований метод розрахунку міцності зчеплення частки плазмового НВЧ-поглинаючого керметного покриття з підкладкою з лопаткового матеріалу, що дозволяє враховувати особливості їхнього високошвидкісного співударяння.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИССЕРТАЦії

1. Шубенко А.Л., Ковальский А.Э. Кинетическая модель каплеударной эрозии рабочих лопаточных аппаратов паровых турбин // Изв. АН СССР. - Энергетика и транспорт. - 1989. - № 5. - С. 94-101.

2. Кжижановски Е., Шубенко А.Л., Ковальский А.Э. Совершенствование методов расчета каплеударной эрозии рабочих лопаток паровых турбин // Теплоэнергетика. - 1990. - № 7. - С. 58-62.

3. Krzyzanowski J.A., Kowalski A.E., Shubenko A.L. Some Aspects of Erosion Prediction of Steam Turbine Blading // Trans. of the ASME. - J. of Engineering for Gas Turbines and Power. - 1994. - V. 116. - № 2. - P. 442-451.

4. Ковальский А.Э. Повышение эрозионной надежности проточных частей влажнопаровых турбин на основе развития и обобщения математических моделей рабочих процессов в низкопотенциальных отсеках // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования: Сб. науч. трудов. - Харьков: Ин-т проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, 1997. - С. 253-255.

5. Исследование и совершенствование показателей эрозионной надежности рабочих лопаточных аппаратов влажнопаровых ступеней энергетических турбин на различных эксплуатационных режимах. / А.Л. Шубенко, А.Э. Ковальский, Н.В. Лихвар, И.Н. Шевякова, Ж.В. Васильева // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. трудов. - Харьков: Нац. аэрокосмический ун-т “Харьк. авиац. ин-т”. - 1998. _ Вып. 5 (тематический). - С. 301304.

6. Оценка влияния наводораживания и коррозионных сред на процесс каплеударной эрозии элементов проточной части цилиндров низкого давления паровых турбин / А.Л. Шубенко, А.Э. Ковальский, И.С. Стрельников, И.Н. Шевякова // Пробл. машиностроения. - 1998. - Т.1, № 3-4. - С. 9-16.

7. Ковальский А.Э. Влияние эрозии рабочих лопаток последней ступени мощной энергетической турбины на показатели ее экономичности // Пробл. машиностроения. - 1999. - Т.2. - №3-4. - С.22-28.

8. Исследование показателей эрозионной и вибрационной надежности рабочих лопаток влажнопаровых турбин на различных эксплуатационных режимах. / А.Э. Ковальский, С.П. Канило, Н.В. Лихвар, И.Н. Шевякова // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. трудов.-Харьков: Нац. аэрокосмический ун-т "Харьк. авиац. ин-т", 1999.- Вып.9. Тепловые двигатели и энергоустановки. - C. 438 - 442.

9. О некоторых подходах к ослаблению отрицательного влияния крупнодисперсной влаги на рабочие процессы в последних ступенях мощных паровых турбин /Д.А. Переверзев, А.Л. Шубенко, М.П. Позигун, А.Э. Ковальський, И.С. Стрельников // Удосконалювання турбоустановок методами математичного і фізичного моделювання: Зб. наук. праць. - Харків: Ін-т проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, 2000. - С.136-141.

10. Ковальский А.Э., Васильева Ж.В., Богданов Д.А. Исследование на математических моделях влияния режимных и геометрических характеристик влажно-паровых ступеней энергетических турбин на интенсивность эрозии рабочих лопаток // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. трудов.-Харьков: Нац. аэрокосмический ун-т “Харьк. авиац. ин-т”, 2000.-Вып.19. Тепловые двигатели и энергоустановки. - С.190-194.

11. Ковальский А.Э. Теоретическое обоснование механизма каплеударной эрозии рабочих лопаток осевых турбомашин // Авіаційно - космічна техніка и технологія: Зб. наук. праць. - Харків: Нац. аерокосмічний ун-т "Харк. авіац. ін-т", 2001.- Вып.23. Двигуни та енергоустановки. - С. 33-41.

12. Влияние эрозии на вибрационные характеристики робочих лопаток влажно-паровых турбин /А.Л. Шубенко, А.Э. Ковальський, Ю.С. Воробьев, С.П. Канило, В.И. Романенко // Пробл. машиностроения. - 2003. - Т.6, №1. - С. 10-26.

13. Ковальский А.Э., Суслов Н.Н., Евич Н.Л. О возможности повышения экономичности, мощности и эрозионной износостойкости последних ступеней мощных парових турбин при подводе в проточную часть сверхвысокочастотного электромагнитного поля // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. - Сб. науч. трудов ИПМаш НАН Украины, Харьков. - 2003. - С. 62-70.

14. Ковальский А.Э. Математическая модель высокоскоростного удара эрозионно-опасной капли конденсата по рабочей лопатке влажно-паровой ступени энергетической турбины // Вестник двигателестроения. - 2004. - №2. - С. 51-59.

15. Ковальский А.Э. Математическая модель продолжительности стадии ударного взаимодействия эрозионно-опасной капли влаги с входной кромкой рабочей лопатки влажно-паровой турбинной ступени // Пробл. машиностроения. - 2005. - Т. 8. - № 1. - С. 9-16.

16. Новый способ активной защиты робочих лопаток последних ступеней энергетических турбин от эрозионного износа / А.Э. Ковальский, Г.Н. Картмазов, Н.Н. Суслов, Н.Л. Евич // Пробл. машиностроения. - 2005. - Т.8, № 2. - С. 6 - 18.

17. Ковальский А.Э. Влияние волны Рэлея на адгезионную прочность нанесенного плазмой на направляющие лопатки последних ступеней энергетических турбин конструкционного покрытия // Вестник двигателестроения. - 2005. - №2. - С. 85-94.

18. Ковальский А.Э. Универсальная математическая модель инкубационного периода каплеударной эрозии материала рабочих лопаток влажно-паровых турбин // Вестник двигателестроения. - 2006. - №3. - С. 107-116.

19. Ковальский А.Э., Картмазов Г.Н., Кунченко В.В. Обоснование толщины и условий нанесения вакуумного противоэрозионного покрытия для рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин // Авиационно-космическая техника и технология. - 2006. - №6 (32). - С. 5-18.

20. Ковальский А.Э. Метод расчета прочности сцепления с поверхностью подложки из лопаточного материала частиц плазменного СВЧ-поглощающего покрытия из кермета //Авиационно-космическая техника и технология.-2007.- №10 (46). - С.97-106.

21. Патент 34355, Україна, МКИ F01D5/28. Спосіб захисту робочих лопаток парових турбін від ерозійного зносу / О.Є. Ковальський, В.О. Конєв, М.М. Суслов (Україна); тов. “Міжнародний науковий комітет” (Україна). - №99063663; Заявл.30.06.99; Опубл. 15.05.03, Бюл.№5. - 3с.

22. Shubenko A.L., Kovalsky A.E. On prediction of erosion wear of details on the basis of its kinetic model by impact of liquid drop on polydisperse flows of moisture // Proc. 7-th Int. Conf. on Erosion by Liquid and Solid Impact. - Cambridge, England, UK. - September 7-10, 1987. - Paper 14. - P. 1-6.

23. Ковальский А.Э. Возможности прогнозирования эрозионного износа рабочих лопаток влажно-паровых турбин // Proc.1X-th Conf. Steam Turbines of Large Output.-Karlovy Vary, Czechoslovakia,1989. 3. P.357361.

24. Шубенко А.Л., Ковальский А.Э. Прогнозирование эрозионного износа рабочих лопаток влажнопаровых турбин методами математического моделирования // Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах: Тез. докл. VIII всесоюз. конф., 1990. - Л.: НПО Центр. котлотурбин. ин-т, 1990. - Т. III. - С. 378-379.

25. Ковальский А.Э. Прогнозирование зон эрозионных повреждений профильных поверхностей рабочих лопаток цилиндров низкого давления паровых турбин методами математического моделирования и натурно-вычислительного эксперимента // Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для совершенствования энергетических и транспортных турбоустановок в процессе исследования, проектирования, диагностирования и безопасного функционирования: Тез. докл. респ. науч.-техн. конф. Змиев, 1991. - Харьков: Ин-т пробл. машиностроения АН УССР, 1991. - Ч. I. - С. 97-98.

26. Шубенко А.Л., Ковальский А.Э., Шевякова И.Н. Разработка метода и программных средств прогнозирования интенсивности эрозионного износа лопаточных аппаратов паровых турбин // Совершенствование энергетических и транспортных турбоустановок методами математического моделирования, вычислительного и физического экспериментов: Тез. докл. междунар.науч.-техн. конф. Змиев, 1994. - Харьков: Ин-т пробл. машиностроения НАН Украины, 1994. - Ч. I. - С. 111.

27. A.L. Shubenko, A.E, A.E. Kovalsky, N.V. Lyhvar Methods of increasing erosive wear resistance factors of movable blades of wet steam turbines at various operating regimes // International Conference on Erosive and Abrasive Wear (ICEAW-98). - Churchill College, Cambridge, England, 13-17 September, 1998. - Abstracts. - Paper № 41. - P.1.

28. A.E. Kovalsky, A.L. Shubenko, I.N. Shevjakova. The influence of erosion on effectiveness of the last stages of high-capacity power-generating turbines // International Conference on Erosive and Abrasive Wear (ICEAW-98).- Churchill College, Cambridge, England, 13-17 September, 1998. - Abstracts. - Paper № 48. - P.1.

29. Оценка опасности эрозионных повреждений рабочих лопаток влажнопаровых турбинных ступеней и обоснование продления их ресурса / А.Л. Шубенко, А.Э. Ковальский, Ю.С. Воробьев, С.П. Канило // Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций: Тр. междунар. конф. Т.2. Киев, 6-9 июня 2000г. - Киев, 2000. - С. 659-664.

Размещено на Allbest.ru