Метод интегрированной оценки усталостных напряжений в структуре восстановленных лопаток ТЭЦ и ГЭС

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки методики точного определения ресурсной долговечности и надежности высоконагруженного оборудования, используемого для производства и преобразования энергии на основе георесурсов (ГЭС, ТЭЦ), основанной на выявлении зон концентрации внутренних напряжений как показателя фазовых изменений в структуре материала деталей. Цель: повышение ресурсной долговечности нагруженных лопаток турбины ГЭС и ТЭЦ за счет внедрения разработанной интегрированной методики точного прогнозирования структурно-фазовых изменений на стадии зарождения усталостных дефектов. Объект: лопатки турбин ТЭЦ и ГЭС, восстановленные источником лазерно-плазменной энергии. Применялся комплексный метод исследования концентрации внутренних напряжений в структуре нагруженных деталей, подверженных динамическим нагрузкам. Использовалась методология системного анализа, а также метод распределения поля остаточной намагниченности в деградированной микроструктуре материала. При разработке алгоритма интегрированного метода диагностики и точного прогнозирования применялись методы математической статистики. Восстановленные детали исследовались методами неразрушающего контроля с последующим анализом и обработкой полученных результатов. Результаты. Разработан алгоритм проведения диагностики восстановленных деталей высокотехнологичных комплексов производства и преобразования энергии георесурсов на примере лопаток турбины ГЭС. Сформирована база данных концентраций напряжений лопатки в зависимости от фазовой структуры металла, позволяющая установить причинно-следственные связи между дефектом, технологическими режимами восстановления и режимами эксплуатации агрегата. Решена научная проблема по созданию единой физической модели, и определены границы применимости данного метода. Установлен безопасный режим эксплуатации энергетического оборудования (Нх=62–76 А/м), повышающий ресурс турбины в 1,7 раза.

The relevance of research is caused by the necessity to develop the method of precise definition of the resource durability and reliability of heavily loaded equipment used for energy production and conversion on the basis of geo-resources (hydro, CHP), based on identification of zones of concentration of internal stresses, as an indicator of phase change in the material structure of the parts. The main aim of the research is to increase resource durability of loaded turbine blades of hydro and thermal power stations due to implementation of the developed integrated methodology of precise prediction of structural-phase changes at the early stages of fatigue defects. The object of research is the turbine blades of CHP and HPP, restored by a source of laser-plasma energy. The complex research method was used to study the concentration of internal stresses in the structure of loaded parts subjected to dynamic loads. The methodology of system analysis was used, as well as the method of distribution of the residual magnetization field in the degraded microstructure of the material. In development of the algorithm of the integrated method of diagnosis and accurate pre- diction, the methods of mathematical statistics were used. The restored parts were studied by nondestructive testing followed by analysis and processing of the results. Result. The authors have developed the algorithm of diagnostics of the restored details of high-tech complexes of energy production and transformation of georesources, on the example of turbine blades of hydroelectric power station. A database of blade stress concentrations depending on the phase structure of the metal was formed, which allows establishing the cause-and-effect relationships between the defect, technological recovery modes and operating modes of the unit. The scientific problem of creating a single physical model is solved and the limits of applicability of this method are determined. The authors determined the safe operation mode of power equipment (Нх=62-76 A/m), which increases the turbine life by 1,7 times.