Разработки института

Скачать иллюстрированный каталог (укр/рус) в формате PDF Скачать иллюстрированный каталог (english) в формате PDF
неполный перечень
Энергетическое машиностроение
Энергетическое машиностроение
Энергоэффективность. Ресурсосбережение. Экология
Энергоэффективность. Ресурсосбережение. Экология
 свернуть перечень ↑ 
Анализ колебаний и статической прочности лопаточного аппарата и других элементов турбомашин

Комплекс методов предназначен для эффективного анализа статической прочности и колебаний лопаток сложной формы, пакетов лопаток и рабочих колес паровых, газовых и гидравлических турбин на основе иерархической системы математических моделей, включая трехмерные. Учитываются сложная геометрическая форма, влияние силовых и температурных полей, неоднородность материала, конструктивные и эксплуатационные факторы (эрозия, повреждения, расстройка системы и др.). Возможен расчет систем типа ротор-облопачивание и узлов типа статор-корпус гидромашин.

Поля перемещений и напряжений при колебаниях

Рабочего колеса

Компрессорной лопатки с трещиной

Пакета двух лопаток

Ротора газотурбинного двигателя

Методы используются на турбостроительных предприятиях Украины, России и в ООО «Шкода–Энерго», Чешская Республика.

Cистема диагностики термонапряженного состояния и оценки срабатывания ресурса высокотемпературных роторов – счетчик ресурса

    Счетчик ресурса предназначен для диагностики термонапряженного состояния и оценки срабатывания ресурса высокотемпературных роторов по фактическим режимам работы турбоагрегата, которые определяются по параметрам автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Оценка срабатывания ресурса осуществляется путем непрерывного компьютерного моделирования термомеханических процессов в цилиндрах высокого и среднего давления турбоагрегата в процессе его эксплуатации.
    Счетчик ресурса снабжен графическим интерфейсом (рис. 1), позволяющим на экране монитора определить срабатывание ресурса на текущий момент, а также изменение во времени за сутки используемых параметров АСУ ТП, температур и напряжений в зонах диагностирования.
    Алгоритм работы счетчика ресурса:
      – экспериментально-расчетное определение параметров рабочей среды и условий теплообмена с использованием данных АСУ ТП;
      – расчетное определение теплового и термонапряженного состояний;
      – формирование циклов нагружения и упруго-пластического деформирования;
      – определение повреждаемости материала при циклическом нагружении и ползучести с использованием экспериментальных кривых усталости и длительной прочности;
      – оценка выработки ресурса.

Останов и пуск из горячего состояния 10.11.2012 Графический интерфейс счетчика ресурса

    Контроль срабатывания ресурса от малоцикловой усталости и ползучести осуществляется на всех реальных режимах эксплуатации турбоагрегата, которые определяются параметрами АСУ ТП, поэтому не требуется установка термопар, датчиков и другого оборудования.
    Система может использовать не только параметры АСУ ТП, но и заданные в виде таблиц зависимости, отражающие инструкционные пуско-остановочные режимы работы турбины. Это позволяет оценить влияние возможных режимов эксплуатации на срабатывание ресурса и выработать рекомендации по их улучшению для уменьшения повреждаемости ротора и продления срока службы турбоагрегата.
    Использование счетчика ресурса позволяет:
      – определять наиболее опасные режимы работы агрегата по напряженно-деформированному состоянию высокотемпературных роторов, которое определяет ресурс турбины;
      – определять щадящие маневренные режимы эксплуатации;
      – разрабатывать рекомендации относительно оптимизации проведения пуско-остановочных и маневренных режимов работы турбоагрегата по срабатыванию ресурса и экономии топлива за счет сокращения пусковых режимов.

Система прошла опытно-промышленную эксплуатацию на турбоагрегате Т-250/300-240 Харьковской ТЭЦ-5.
Разработанная технология диагностирования выработки ресурса может быть использована для создания подобных систем для других паровых турбин ТЭС и ТЭЦ.

Оценка трещиностойкости высокотемпературных элементов энергетического оборудования в условиях малоцикловой усталости и ползучести

    Развита методика расчётной оценки трещиностойкости высокотемпературных элементов конструкций, работающих в условиях циклического нагружения и ползучести материала, при наличии поверхностных и подповерхностных трещин. Методика базируется на численном интегрировании кинетики трещины от исходной величины до достижения критического размера при многорежимном статическом и циклическом нагружении. При этом используется принцип суммирования скоростей роста трещины от всех режимов, которые определяются уравнениями типа Пэриса через коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины и его размах. Интегрирование по времени кинетических уравнений осуществляется методом Эйлера с автоматическим выбором шага с контролем страгивания-остановки трещины. Коэффициент интенсивности напряжений вычисляется по распределениям напряжений и перемещений в окрестности вершины трещины с использованием метода конечных элементов.
    Позволяет моделировать различные ситуации при многорежимной эксплуатации энергооборудования с обнаруженными или гипотетическими трещинами с учётом нестационарных температурных полей, старения материала, агрессивности среды и других факторов.
    Время живучести определяется как время достижения коэффициентом интенсивности напряжений критического значения вязкости разрушения.

Оценка трещиностойкости

    Возможно использование кинетических диаграмм различной сложности, учитывающих асимметрию цикла нагружения, эффект закрытия трещины или описывающих полную кинетическую диаграмму с учетом порогов страгивания трещины и ускорения ее роста перед лавинообразным разрушением.
    Учитываются практически важные факторы, влияющие на ресурс: многорежимность нагружения, релаксация напряжений, сложность напряженного состояния в вершине трещины и его перераспределение во времени и др.
    Использование разработанной методики оценки трещиностойкости позволит учитывать влияние эксплуатационных и технологических факторов на долговечность элементов энергооборудования как на стадии их проектирования, так и на стадии эксплуатации.
    Внедрение этой методики в практику расчётов ресурса энергомашин позволит более обосновано сформулировать требования дефектоскопического и межремонтного контроля для обеспечения надёжной их работы.
    Предназначено для действующих и проектируемых энергетических объектов.
    Выполнена оценка трещиностойкости роторов паровой турбины Южно-Украинской АЭС, замковых соединений лопаток газотурбинной установки ГТК-10 и других объектов.
    Методика вошла составной частью в нормативный документ Министерства энергетики и угольной промышленности Украины «Визначення розрахункового ресурсу та оцінка живучості роторів і корпусних деталей турбін. Методичні вказівки: СОУ-Н МЕВ 40.1–21677681–52:2011».
    Методика развивается в направлении использования рассеянных повреждений в материале, при этом для нее не требуются кинетические диаграммы типа Пэриса, а используются данные длительной прочности гладких образцов.

МУЛЬТИПЬЕЗОПРОФИЛОМЕТР

    Базовая комплектация пьезопрофилометра (магнитоиндукционный мехблок часового типа, профилопьезодатчик с качающейся опорой, профилоадаптер, нетбук и пр.) предназначена для измерения (в т.ч. межоперационного) шероховатости непосредственно на месте изготовления любых плоских, цилиндрических, выпуклых, вогнутых, криволинейных и шарообразных поверхностей до 3...5 мм в диаметре, в т.ч. снизу контролируемой детали без ее поворота.
    Базовое устройство можно модифицировать в диапрофилометр либо твердопрофилометр для одновременного измерения шероховатости и контроля диаметров деталей, отклонения формы или расположения контролируемых поверхностей, или их микротвердости, а также в мультифункциональное устройство – диатвердопрофилометр.
    Программное обеспечение ADCLab basic позволяет передавать результаты измерений на ПК для дальнейшей обработки и вычисления, в частности шероховатости поверхности Ra(Rz) – 0,05…20 (0,1…80) мкм, а также отклонения её формы или расположения – от 20 мкм (диапрофилометр) либо микротвёрдости Н – 0,1...15 ГПа (твёрдопрофилометр).
    Программное обеспечение прибора «Профиль-04» expert после завершения его разработки позволит производить вычисление всех основных параметров шероховатости согласно стандартам: ISO 4287, 13565; 12085; ASME B46; JIS B601 и DIN EN 10049.
    Дополнительно могут быть поставлены: компактный принтер для термопечати, нормаль для контроля шероховатости, а также щупы, в т.ч. маслостойкие для замеров малых отверстий диаметром от 2 мм, буртиков, радиусов и проточек.

Технические показатели

Уровень шума и внутренних вибраций по параметру Ra мкм до 0,01
Максимальная длина трассы ощупывания мм до 7,5
Отсечка шага (базовые длины) мм 0,08; 0,25; 0,8; 2,5
Число базовых длин для точной и надёжной обработки сигналов 20; 10; 5; 2
Скорость трассирования щупа мм/с 2
Радиус кривизны вершины щупа и угол его конуса мкм/град. 2;5 или 10±2,5/90
Статическое измерительное усилие нМ не более 5
Радиус кривизны рабочей части опоры датчика в плоскости измерения мкм не менее 120
Наименьшая дискретность отсчёта мкм 0,001
Длительность непрерывного автономного режима замеров без подзарядки (замены) аккумуляторов ч до 8
Рабочая температура °С + 5…..+ 40
Габаритные размеры В×Ш×Д
- механический блок мм 55×100×140
- профилоадаптер мм 132×76×65
Масса - механический блок г 400
Масса - профилоадаптер г 250
Интерфейсы (возможен Bluetooth) USB
Напряжение источника питания B 100…..264

    Предлагаемая технология позволяет существенно увеличить (в разы) точность измерений (условная погрешность до 5%), но при этом на порядок уменьшить себестоимость пьезопрофилометров для обеспечения их массового производства и внедрения (такого как, например, у микрометров или штангенциркулей) на всех рабочих местах, где есть обработка контролируемых поверхностей.
    Ориентировочная стоимость единичного изготовления прибора в базовом исполнении составляет $ 7000. Завершение разработки программного обеспечения прибора «Профиль-04» – $ 20000.