Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Объекты энергетического комплекса arrow СО 153-34.17.456-2003  
21.07.2018
    
СО 153-34.17.456-2003

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УТВЕРЖДЕНО

Приказом

Министерства энергетики

Российской Федерации

от 30 июня 2003 г. № 270

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ ЖИВУЧЕСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
СО 153-34.17.456-2003

Москва
Центр производственно-технической информации
энергопредприятий и технического обучения ОРГРЭС
2005

Содержание

 TOC o "1-3" p " " h z 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2 ОСНОВЫ «ЖИВУЧЕСТИ ТЭС»

3 ЖИВУЧЕСТЬ ОТВЕТСТВЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТУРБИН

3.1 Общие положения

3.2 Технологии контроля состояния роторов

3.3 Микроструктурный мониторинг

3.4 Определение категории опасности элементов ротора в соответствии с расчетным значением накопленного повреждения

3.5 Порядок проведения экспертизы для определения поврежденности и предела живучести роторов паровых турбин

3.6 Регламент контроля элементов (зон) ротора в период капитального ремонта

3.7 Обоснование достоверности и эффективности технологии восстановления живучести роторов паровых турбин путем периодического удаления тонкого поврежденного поверхностного слоя

3.8 Технологические основы, нормы и правила

4 ЖИВУЧЕСТЬ ПАРОПРОВОДОВ

4.1 Общие положения

4.2 Технологии контроля состояния основных элементов паропроводов

4.3 Измерение остаточной деформации прямых труб и прямых участков гибов

4.4 Магнитопорошковая дефектоскопия

4.5 Вихретоковый контроль

4.6 Контроль по аммиачному отклику детали

4.7 Ультразвуковая толщинометрия

4.8 Ультразвуковой контроль

4.9 Измерение твердости

4.10 Микроструктурный мониторинг

4.11 Исследование металла контрольных вырезок

4.12 Требования техники безопасности

5 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРТИЗЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОПРОВОДОВ И НАЗНАЧЕНИЯ РЕГЛАМЕНТА ИХ ПОСЛЕДУЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

5.1 Структура данных для проведения экспертизы

5.2 Алгоритм экспертизы поврежденности прямых труб и гибов

5.3 Формирование контрольных групп элементов паропроводов

6 РАСЧЕТНО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКИХ УСИЛИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ПАРОПРОВОДОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ПОЛЗУЧЕСТИ

7 ПОРЯДОК И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ПРОДЛЕНИЮ СРОКА СЛУЖБЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОПРОВОДОВ ПОСЛЕ ВЫРАБОТКИ ПАРКОВОГО РЕСУРСА

8 ТЕХНОЛОГИЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ МИКРОПОР ПОЛЗУЧЕСТИ ПРИ АНАЛИЗЕ МИКРОШЛИФОВ И РЕПЛИК

8.1 Общие положения

8.2 Анализ микрошлифов

8.3 Анализ реплик

9 ПАРОПРОВОДЫ ТЭС. ТЕХНОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОПОВРЕЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА ПО МИКРОТВЕРДОСТИ ОТОБРАННЫХ МИКРООБРАЗЦОВ

9.1 Общие положения и область применения

9.2 Техническое обеспечение технологии «Микротвердость»

9.3 Технология «Микротвердость»

9.4 Обработка результатов измерения микротвердости и оценка КПМ металла

9.5 Оформление результатов

9.6 Обоснование применения технологии «Микротвердость»

Список использованной литературы

 

Настоящие Методические указания СО 153-34.17.456-2003 распространяются на ответственные элементы турбин, котлов, паропроводов, зданий и сооружений тепловых электростанций (ТЭС).

Методические указания регламентируют требования к технологиям контроля, восстановления и определения живучести указанных элементов.

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Методические указания устанавливают порядок работ по контролю, определению и восстановлению живучести элементов оборудования в течение всего жизненного цикла вплоть до полного исчерпания индивидуального ресурса и замены соответствующих элементов.

1.2 Положения настоящих Методических указаний могут использоваться ремонтными, проектными, монтажными организациями и электростанциями.

1.3 На основании настоящих Методических указаний допускается разработка производственных НД по контролю, восстановлению и определению живучести элементов энергооборудования.

1.4 В тексте Методических указаний приняты следующие сокращения и условные обозначения:

ВДК - видеоконтроль;

ВК - визуальный контроль;

ВТК - вихретоковый контроль;

ДАО - аммиачный отклик детали;

ИГТ - индикатор глубины трещин;

ИКВ - исследование металла контрольных вырезок;

КД - коэффициент достоверности;

КИН - коэффициент интенсивности напряжений;

КО - категория опасности;

DКО - прибавка к результирующему значению КО;

КПМ - категория повреждения микроструктуры;

МА - микроструктурный анализ;

МГИУ - метод граничных интегральных уравнений;

МКМ - мобильный компьютерный микроскоп;

ММ - микроструктурный мониторинг;

МПД - магнитопорошковая дефектоскопия;

НД - нормативные документы;

ОВ - измерение овальности гибов;

ОД - измерение остаточной деформации;

ОМТК - отраслевой метролого-технологический комплекс;

ОПС - опорно-подвесная система;

П - расчетная поврежденность элемента ротора;

УЗД - ультразвуковая дефектоскопия,

УЗК - ультразвуковой контроль;

УЗТ - ультразвуковая толщинометрия;

ЦД - цветная дефектоскопия;

ЦПР - центральная полость (осевой канал) ротора;

ЭТК - экспертно-техническая комиссия;

a - овальность гиба, %;

b - доля исчерпания индивидуального ресурса;

DЕ - остаточная деформация, %;

Nзп - коэффициент запаса прочности;

sв - временное сопротивление, МПа;

tзам - продолжительность эксплуатации до замены элемента, лет;

tн - время наработки на момент контроля, ч;

tост - расчетный остаточный ресурс, ч;

tп - нормативный парковый ресурс, ч.

2 ОСНОВЫ «ЖИВУЧЕСТИ ТЭС»

2.1 Термин «живучесть» характеризуется как свойство (способность) ответственных элементов оборудования ТЭС, содержащих исходные и развивающиеся в процессе эксплуатации повреждения, реализовывать свое предназначение в пределах проектного, паркового и индивидуального ресурса при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

2.2 Основные направления деятельности:

- увеличение паркового, группового и индивидуального ресурса (предела живучести) ответственных элементов энергооборудования ТЭС на базе новых научно-технических методов определения конструкционной прочности с учетом результатов проведения сверхдлительных испытаний, накопленного банка данных о повреждениях и сроках надежной эксплуатации без повреждений;

- восстановление ресурса наиболее ответственных элементов энергооборудования путем реализации разработок (периодического удаления тонкого поверхностного слоя, накопившего микроповреждения в роторах, полного или частичного удаления трещиноватых зон в корпусах), не требующих больших материальных и трудовых затрат, выполняемых на ТЭС, а в отдельных случаях и в специализированных ремонтных предприятиях;

- разработка и систематическое совершенствование методов и средств контроля живучести на базе современных диагностических систем и вычислительной техники (резонансного, электропотенциального, ДАО, телевизионного, микроструктурного мониторинга и др.);

- тестирование и совершенствование технологий контроля и восстановления живучести основных элементов энергооборудования на ОМТК.

2.3 Элементы оборудования, зданий и сооружений допускаются к дальнейшей эксплуатации, если по результатам контроля, расчетов и экспертизы они удовлетворяют требованиям действующих НД.

3 ЖИВУЧЕСТЬ ОТВЕТСТВЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТУРБИН

3.1 Общие положения

3.1.1 Методические указания регламентируют порядок, периодичность и объем контроля повреждаемых элементов (зон) роторов турбин, эксплуатируемых в условиях ползучести (при температуре от 450°С и выше), при достижении ими проектного, паркового и индивидуального предела живучести.

3.1.2 Методические указания регламентируют процесс контроля состояния отдельных элементов (зон) роторов, включая метрологию и технологию контроля, виды отчетной документации.

3.1.3 Положения Методических указаний предназначены для предприятий отрасли «Электроэнергетика» и могут быть использованы для предприятий других отраслей, эксплуатирующих тепломеханическое оборудование ТЭС.

3.1.4 Организация, эксплуатирующая электростанцию, организует учет температурного режима работы металла роторов, ведет учет среднегодовых температур эксплуатации, температурного режима пуска и останова энергоблоков, среднегодового давления перед соответствующими клапанами турбины, наработки, числа пусков из разных тепловых состояний и сведений о замене или перемещении роторов с одной турбины на другую и в резерв.

3.1.5 Результаты входного и эксплуатационного контроля роторов могут использоваться при проведении экспертизы и определении возможности дальнейшей эксплуатации роторов.

3.1.6 При положительных результатах диагностирования роторов, срок эксплуатации которых не превысил паркового ресурса, решение о допуске их в эксплуатацию принимает руководитель.

Возможность эксплуатации роторов при выработке паркового ресурса или неудовлетворительных результатах диагностирования определяется на основании дополнительных исследований по оценке технического состояния турбины.

3.2 Технологии контроля состояния роторов

3.2.1 При определении меры живучести роторов контролируются следующие повреждаемые элементы (зоны):

- ЦПР (осевой канал);

- диски первых наиболее высокотемпературных ступеней РВД и РСД, включая пазы для крепления лопаток, обода, полотна, придисковые галтели, поверхности в районе разгрузочных отверстий;

- тепловые канавки концевых, диафрагменных и промежуточных уплотнений, расположенных в зоне ротора с температурой металла выше 400°С;

- полумуфты, включая отверстия под соединительные болты;

- упорные гребни;

- шейки;

- поверхность масляных уплотнений;

- остальная поверхность ротора.

3.2.2 Для контроля повреждаемых зон используются следующие технологии:

- ВК;

- ВДК;

- УЗ К;

- МПД;

- ВТК;

- ДАО-контроль;

- ММ;

- измерение твердости (НВ);

- контроль биения полумуфт, шеек, гребней ротора;

- контроль дефектов упорных гребней;

- контроль дефектов шеек;

- контроль износа поверхности в зоне масляных уплотнений.

Объем и сроки проведения эксплуатационного контроля элементов (зон) роторов определяются в зависимости от их КО (см. раздел 5).

В качестве браковочного уровня при проведении дефектоскопического контроля принимается глубина поверхностных дефектов для любой зоны ротора 1 мм, а для дефектов, не выходящих на поверхность и выявляемых методами УЗК, - значение эквивалентного диаметра 2 мм. Расчетные оценки для большинства типов роторов показали, что в дефектах таких размеров при всех плановых режимах эксплуатации турбин реализуется КИН, не превышающий пороговые значения (К1п, К1ц) для роторных сталей.

Возможность дальнейшей эксплуатации ротора с выявленными дефектами и ее продолжительность должны определяться расчетом времени до разрушения. Расчетами, выполненными для многих типов роторов с использованием характеристик трещиностойкости, установлено, что время живучести, определенное как время развития трещины от браковочного уровня до допустимого размера, составляет не менее 30000 ч работы турбины в базовом режиме (не менее межремонтного периода). Такой подход может быть также применен при выработке ротором своего расчетного ресурса, но при отсутствии трещин.

Технологии контроля состояния роторов, цели и задачи контроля следующие.

3.2.3 Визуальный контроль

3.2.3.1 Визуальный контроль зон ротора проводится в целях выявления на поверхности легко обнаруживаемых дефектов. Технология ВК регламентируется действующими НД.

3.2.3.2 Визуальный контроль поверхности проводится без применения увеличительных приборов до зачистки поверхности.

3.2.4 Видеоконтроль

3.2.4.1 Технология ВДК и документирования состояния поверхности ЦПР используется как самостоятельный вид контроля, а также для уточнения природы дефектов, выходящих на поверхность и выявленных при ДАО, ВТК и УЗК. Изображение контролируемого участка поверхности ЦПР может быть задокументировано путем ввода видеоизображения в компьютер.

3.2.4.2 Видеоконтроль выполняется до и после зачистки ЦПР с помощью телевизионного смотрового прибора СПТ-2,

3.2.5 Магнитопорошковая дефектоскопия

3.2.5.1 Магнитопорошковая дефектоскопия зон ротора проводится перед УЗК в целях выявления поверхностных дефектов типа трещин, рыхлости и др.

3.2.5.2 Технология МПД реализуется в соответствии с ГОСТ 21105-87 [1].

3.2.5.3 Магнитопорошковая дефектоскопия выполняется после зачистки поверхности контролируемого элемента.

3.2.5.4 Магнитопорошковая дефектоскопия проводится в соответствии со способом циркулярного намагничивания путем пропускания тока по контролируемой части изделия или продольного (полюсного) намагничивания электромагнитом.

3.2.5.5 Дефектные места могут быть выбраны шлифовальной машинкой и повторно проконтролированы МПД или травлением.

3.2.6 Вихретоковый контроль

3.2.6.1 Технология ВТК предназначена для выявления и измерения глубины трещин, выходящих на контролируемую (наружную или внутреннюю) поверхность, регламентирована действующими НД и может использоваться в зависимости от ситуации наряду с МПД, УЗД и ЦД.

3.2.6.2 Технология ВТК обеспечивает получение результата с установленной погрешностью измерения при доверительной вероятности 0,9.

3.2.6.3 Основной особенностью технологии ВТК является возможность ее реализации без зачистки контролируемой поверхности (от окалины, ржавчины и др.) или с грубой ее зачисткой. Почти не реагируя на такой фон, ИГТ создает отклик на трещины определенных размеров.

3.2.6.4 При ВТК ЦПР вихретоковый датчик устанавливается на штангу, которая может перемещаться по длине полости и по окружности ее внутренней поверхности.

3.2.7 Контроль по аммиачному отклику детали

3.2.7.1 Контроль поверхности элементов ротора по ДАО-технологии предназначен наряду с МПД и ЦД для обнаружения поверхностных дефектов (трещин, отдельных пор, цепочек пор, эрозионно-коррозионных повреждений и т.п.).

3.2.7.2 При шероховатости контролируемой поверхности Rz = 40 мкм уровень чувствительности контроля обеспечивает выявление трещиноподобных дефектов с раскрытием более 1 мкм, глубиной более 0,3 мм, протяженностью более 0,3 мм, а также отдельных пор, цепочек пор, поверхностных эрозионно-коррозионных повреждений диаметром более 10 мкм, глубиной более 0,3 мм.

3.2.7.3 Основными дефектоскопическими материалами при использовании данной технологии являются водный раствор аммиака концентрацией 25% и индикаторная бумага.

3.2.7.4 Для документирования результатов контроля может быть использована следующая аппаратура: фотоаппарат, цифровой фотоаппарат, видеокамера, копировальный аппарат, сканер.

3.2.7.5 Контроль по ДАО-технологии следует проводить до УЗК.

3.2.7.6 Для проведения контроля по ДАО-технологии необходимо очистить поверхность от окалины абразивным камнем.

3.2.7.7 Насыщение поверхности аммиаком производится путем наложения аппликации из ткани, смоченной водным раствором аммиака, и выдержки ее под газонепроницаемой пленкой в течение 15-20 мин.

3.2.7.8 Регистрация дефектов проводится через 1-1,5 мин после снятия аппликации путем наложения на контролируемый участок индикаторной бумаги и ее выдержки в течение 1 мин.

3.2.7.9 При ДАО-контроле ЦПР используется специальное приспособление, позволяющее подать аммиак на контролируемый участок, затем наложить на него бумагу и снять отпечаток.

3.2.7.10 Тип дефекта устанавливается по конфигурации ДАО-портретов на лицевой поверхности индикаторной бумаги.

3.2.7.11 Местоположение соответствующих дефектов на поверхности ротора определяется по местоположению ДАО-портретов на индикаторной бумаге в соответствии с разметкой контролируемого участка.

3.2.7.12 Полученные ДАО-портреты документируются одним из доступных способов.

3.2.8 Ультразвуковой контроль

3.2.8.1 Ультразвуковой контроль элементов (зон) ротора проводится для выявления дефектов, как выходящих на внутреннюю и наружную поверхности, так и не выходящих на эти поверхности без установления типа дефекта.

3.2.8.2 Наиболее часто встречающимися дефектами в элементах ротора могут быть: риски, коррозионно-усталостные трещины, коррозионные язвины, трещины ползучести и усталости.

3.2.8.3 Ультразвуковой контроль рекомендуется проводить после ВК, МПД, ВТК, ДАО-контроля.

3.2.8.4 Оценка качества элементов ротора производится на основании сопоставления параметров эхо-сигналов от дефекта и отражателя на испытательном образце соответствующего типоразмера.

3.2.8.5 Испытательные образцы для контроля элементов изготавливаются из специальных заготовок. Материал образцов должен соответствовать материалу контролируемого элемента. При контроле элементов ротора, находящегося в эксплуатации более 50 тыс. ч, образцы рекомендуется изготавливать из заготовок, проработавших такой же срок.

3.2.8.6 Для УЗК применяются ультразвуковые дефектоскопы с датчиками, имеющими углы входа луча 60 и 90°.

3.2.9 Измерение твердости

3.2.9.1 Измерение твердости применяется для оценки прочностных свойств металла элементов ротора.

3.2.9.2 Измерение твердости выполняется с помощью переносных твердомеров по технологии, регламентированной ГОСТ 18661-73 [2]. На каждом элементе должно быть выполнено не менее трех измерений в разных местах по периметру.

3.2.9.3 Твердость металла определяется как среднеарифметическое значение результатов отдельных измерений, которые не должны отклоняться от нормативных значений более чем на 7%.

3.2.10 Измерение биения ротора

3.2.10.1 Проверка биения (прогиба) ротора осуществляется при каждом капитальном ремонте в местах, указанных в заводском формуляре.

3.2.10.2 Измерение выполняется в радиальном направлении индикатором ИЧ-10Б, укрепленным на штативе с магнитным основанием, при повороте ротора в собственных подшипниках.

3.2.10.3 Показания индикатора фиксируются и заносятся в формуляр. Обычно места измерений соответствуют отверстиям под собственные болты в полумуфте.

3.2.10.4 Данное измерение можно проводить на балансировочном станке, используя жесткую подставку для установки штатива с индикатором.

3.2.11 Измерение шероховатости

3.2.11.1 В станционных условиях измерение шероховатости поверхностей элементов (зон) ротора производится в соответствии с ГОСТ 2789-73 [3] методом сравнения с образцами-эталонами шероховатости с использованием лупы.

3.3 Микроструктурный мониторинг

3.3.1 Назначение и область применения

3.3.1.1 Технология ММ металла элементов ротора реализуется в соответствии с действующими НД.

3.3.1.2 При проведении ММ в первую очередь необходимо ориентироваться на изменения основных характеристик микроструктуры металла, контролируемых при монтаже оборудования и во время капитального ремонта. При необходимости контроль элементов ротора может осуществляться также в периоды остановов энергоблоков на средний или внеплановый ремонт.

3.3.1.3 Технология ММ включает: определение мест контроля, подготовку шлифов, выборку микрообразцов или снятие реплик, металлографический анализ средствами оптической и электронной микроскопии с записью и компьютерной обработкой портретов микроструктур, наполнение базы данных по микроструктурам металла образцов и работу с этой базой.

3.3.2 Методы металлографического анализа и условия их применения

3.3.2.1 Состояние структуры металла элементов ротора в условиях эксплуатации определяется неразрушающими методами с помощью:

- изготовления металлографических шлифов непосредственно на элементах с последующим просмотром и регистрацией структуры либо с применением переносных микроскопов, оснащенных фото- или видеокамерой, либо путем снятия реплик (оттисков) с подготовленного на элементе металлографического шлифа и последующего их анализа в металлографических лабораториях;

- отбора микрообразцов, не нарушающих целостность элементов, с последующим анализом в металлографических лабораториях.

3.3.2.2 Определение опасных мест элементов ротора, из которых должна производиться выборка микрообразцов или снятие реплик, осуществляется как на основании расчетов (максимальное исчерпание ресурса), так и с учетом мирового опыта, основанного на статистике повреждений и результатов испытаний образцов металла и ротора в целом. При выборе мест для ММ используются также специальные средства неразрушающего контроля (УЗК, МПД, ВТК, ДАО-технологии).

3.3.2.3 Контроль микроповреждений на поверхности дисков и полумуфт в опасных местах сначала осуществляется на предварительно подготовленных площадках-шлифах с помощью переносного микроскопа и (или) методом реплик. Затем в местах, где выявлены микродефекты, для определения микроповреждений на поверхности и по глубине поверхностного слоя производится выборка микрообразцов.

3.3.2.4 Для контроля микроповрежденности металла ЦПР, тепловых канавок, пазов дисков под лопатки производится выборка микрообразцов.

3.3.3 Снятие реплик, выборка микрообразцов, подготовка шлифов

3.3.3.1 Снятие реплики (оттисков) для металлографического анализа производится по технологии, регламентированной действующими НД.

3.3.3.2 Размеры шлифа для снятия реплик определяются возможностью его изготовления и необходимостью иметь полированную площадку с размерами не менее 30´20 мм.

При подготовке шлифа должен быть удален обезуглероженный слой металла. Толщина удаляемого слоя металла не должна превышать 1 мм.

3.3.3.3 Выборка микрообразцов выполняется методом электроэрозионной резки с помощью специального устройства; при выборке микрообразцов из ЦПР такое устройство монтируется на специальную штангу.

3.3.3.4 Глубина лунки, создаваемой при выборке микрообразца, не должна превышать 1,8 мм. Лунка удаляется механическим способом с помощью шлифовальной машинки с мелкозернистым наждачным камнем диаметром 30-50 мм, в результате чего образуется плоская лыска со сглаженными кромками с характерным размером 20-30 мм. При этом толщина удаленного слоя не должна превышать 2 мм.

3.3.3.5 Подготовка шлифов на элементах для снятия реплик и контроля с помощью переносного микроскопа, а также для исследований на стационарных микроскопах выполняется согласно требованиям ОСТ 34-70-690-96 [4].

3.3.3.6 Зоны, где должна производиться выборка микрообразцов из РВД и РСД, указаны на рисунке 1.

3.3.4 Исследование микроструктуры и поврежденности металла

3.3.4.1 Микроструктурный анализ металла образцов включает: оценку наличия и характера распределения неметаллических включений, определение величины зерна, ориентации и распределения отдельных структурных составляющих, их микротвердости, особенностей возникновения и развития микроповреждений металла.

3.3.4.2 Металлографический анализ шлифов микрообразцов проводится на металлографических микроскопах при 50-1000-кратных увеличениях, позволяющих наблюдать шлиф в отраженном свете. При необходимости такие же шлифы можно использовать для электронной растровой микроскопии при 2000-5000-кратных увеличениях.

3.3.4.3 Дефекты типа макропор, трещин, неметаллических включений выявляются на полностью подготовленных шлифах в нетравленом состоянии при 50-100-ратных увеличениях. Определение неметаллических включений осуществляется в соответствии с ГОСТ 1778-70 [5].

3.3.4.4 Оценка величины зерна производится в соответствии с ГОСТ 5639-82 [6].

3.3.4.5 Металлографический анализ реплик выполняется по технологии, аналогичной применяемой при исследовании микрошлифов образцов. Анализ осуществляется на металлографических микроскопах при 50-1000-кратных увеличениях в отраженном свете. В результате анализа определяются величина зерна, наличие, форма и размеры неметаллических включений, микроструктура и морфологические особенности микроповрежденности порами, цепочками пор, микротрещинами.

3.3.4.6 В результате исследования микрообразцов, реплик дается характеристика микроструктуры и оценивается микроповрежденность металла элементов роторов.

3.3.4.7 Категории повреждения микроструктуры металла роторных сталей в процессе длительной эксплуатации от исходного состояния до образования макротрещин устанавливаются по шкалам микроструктур в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1

Категории повреждения микроструктуры РВД и РСД паровых турбин в процессе длительной эксплуатации

КПМ

Характеристика микроструктуры

1

Микроструктура в пределах сдаточной исходной - бейнитная, ферритно-бейнитная. Металлографические дефекты отсутствуют

2

Небольшие изменения исходной микроструктуры на начальной стадии старения, например увеличение количества карбидов

3

Изменение исходной микроструктуры (сфероидизация бейнита - 2-й балл по шкале сфероидизации) или выявление металлургических дефектов менее критического размера

4

Заметные изменения исходной микроструктуры (сфероидизация бейнита -3-й балл по шкале сфероидизации); отсутствие микропор размером более 1 мкм (не выявляются при исследовании методом оптической микроскопии)

5

Большие изменения микроструктуры - наличие микропор размером более 1 мкм (сфероидизация бейнита - 4-й балл и выше по шкале сфероидизации)

6

Наличие цепочек пор и(или) микротрещин глубиной менее 0,2 мм

7

Наличие макротрещин глубиной более 0,2 мм

РВД

РСД

№ м/о

l

l1

h

h1

в

в1

r

r1

1

10-15

11-16

2,5

3,0

3-4

4-5

³3

³1

2

10-15

11-16

2,5

3,0

3-4

4-5

³3

³1

3

10-15

11-16

2,5

3,0

3-4

4-5

³3

³1

4

10-15

11-16

2,5

3,0

3-4

4-5

³3

³1

1

8-12

9-13

1,2-1,5

1,3-1,6

2,5-3

3,0-3,5

³3

³1

Рисунок 1 - Типовые формуляры РВД и РСД с указанием зон выборки и размеров микрообразцов

3.3.5 Компьютерная запись и обработка микроструктур

Микроструктуры фиксируются в памяти компьютера в виде растровых файлов (портретов) в стандартных графических форматах BMP или JPEG. Для этой цели используется специальный комплекс, состоящий из микроскопа, сканирующего устройства (цифровой видеокамеры или фотоаппарата, имеющих интерфейс с компьютером) и компьютера.

Специально разработанное программное обеспечение позволяет улучшить визуальные характеристики портрета, в том числе: увеличить контрастность и выровнять освещенность, уменьшить высокочастотный шум, а также определить такие количественные характеристики микроструктуры, как средний размер зерна, максимальный и средний размер пор, средний размер и плотность распределения карбидов и др.

Наличие банка портретов микроструктур с различной поврежденностью позволяет создавать электронные атласы микроструктур для применяющихся в теплоэнергетике сталей.

3.4 Определение категории опасности элементов ротора в соответствии с расчетным значением накопленного повреждения

3.4.1 Общие положения

3.4.1.1 Суммарная поврежденность элементов ротора определяется по формуле линейного накопления повреждения

П = Пс + Пц,

где Пс - статическая составляющая поврежденности;

Пц - циклическая составляющая поврежденности.

3.4.1.2 В связи с неопределенностью многих факторов, влияющих на результаты расчета суммарной поврежденности, расчет выполняется со значительными упрощениями, которые заключаются в следующем:

- вместо точного учета изменения параметров пара вводятся усредненные параметры и циклы;

- напряженное состояние элементов ротора для определения статической составляющей поврежденности рассчитывается в упругой осесимметричной постановке, причем учитывается только действие центробежных сил; учитывается снижение коэффициента концентрации за счет релаксации напряжений при ползучести и снижение параметров длительной прочности стали ротора.

3.4.1.3 Результаты расчета напряжений заносятся в базу данных информационной системы как паспортные величины, зависящие только от геометрии конструкции.

С учетом сказанного статическая и циклическая составляющие поврежденности определяются по формулам:

Пс = t/[t];

Пц = SDai,

где t - суммарная наработка;

[t] - время до наступления предельного состояния (появления трещин ползучести в проверяемой зоне) под действием средних за срок работы эквивалентных напряжений при средней температуре, определяемое с помощью соответствующей диаграммы длительной прочности;

Dai - повреждение от циклической нагрузки, накопленное за один цикл.

3.4.2 Определение статической составляющей поврежденности элементов ротора

3.4.2.1 Общее описание алгоритма решения задачи теории упругости методом граничных интегральных уравнений

Ключевым моментом примененного алгоритма является схема вычисления главного значения сингулярных интегралов. Решение соответствующих интегральных уравнений теории упругости осуществляется методом последовательных перемещений. Важной особенностью алгоритма является независимость сетки разбиения при варьировании граничной поверхности области.

При использовании МГИУ решение второй основной задачи теории упругости (на граничной области поверхности задана нагрузка) сводится к решению сингулярного интегрального уравнения

                                     (1)

где S - граничная поверхность области;

U - компоненты вектора перемещения на S;

G - ядро интегрального уравнения;

F - матрица Кельвина-Сомильяна;

f - компоненты вектора напряжений на S.

Разработан алгоритм решения уравнения (1) методом последовательных приближений с использованием регулярного представления сингулярного интеграла. При этом решение уравнения (1) представляется в виде ряда

                                                                                          (2)

Подставляя уравнение (2) в формулу (1) и приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях соответствующих членов ряда, можно получить рекуррентное соотношение для U:

                                                                (3)

Регулярное представление для входящего в формулу (3) сингулярного интеграла получается путем понижения особенности с использованием обобщенной теоремы Гаусса. При этом формула (3) приобретает вид

                        (4)

причем

                                                                        (5)

После определения перемещений U напряжения на граничной поверхности S определяются путем численного дифференцирования перемещений и использования закона Гука. Так как для подавляющего большинства технических задач определяющим является напряженное состояние на границе области, этим, как правило, и завершается решение.

Интерполяция плотности потенциалов осуществляется с помощью локальных сплайнов, а численное интегрирование на каждом из элементов расчетной сетки выполняется с использованием кубатурных формул, полученных путем перемножения соответствующих квадратур Гаусса. Выбор порядка формулы производится в зависимости от L/(X-Y), где L - максимальный линейный размер элемента, что обеспечивает для граничной поверхности в целом адаптивную кубатурную формулу.

При вычислении суммы ряда (2) учитывается, что данный ряд с увеличением п стремится к геометрической прогрессии, поэтому для уточнения суммы используется формула

                                                                                     (6)

При построении алгоритма решения двумерной (плоской и осесимметричной) задачи контур меридионального сечения области представлялся в виде совокупности отрезков прямых и дуг окружностей. При решении осесимметричной задачи интегрирование в окружном направлении выполняется с использованием квадратурных формул Гаусса высокого порядка. Искомые величины вычисляются только на контуре меридионального сечения, а на остальной части граничной поверхности восстанавливаются из условия осевой симметрии.

3.4.2.2 Учет объемных сил

Описанный выше метод граничных интегральных уравнений применим для решения второй основной задачи теории упругости - при заданных на граничной поверхности нагрузках. На вращающийся ротор действуют также объемные силы - поле центробежных сил и вызванные неравномерным нагревом температурные напряжения. Для того чтобы при расчете напряженного состояния учесть эти факторы, применяется специальный прием.

Рассматриваются частные задачи для полого цилиндра, нагруженного центробежными силами или изменяющимся только в радиальном направлении температурным полем. Для этих задач известно точное замкнутое решение - частное решение задачи теории упругости, которое удовлетворяет уравнениям теории упругости, но не удовлетворяет краевым условиям. Затем решается вспомогательная задача, когда к границам области решаемой задачи прикладываются дополнительные нагрузки. Эти нагрузки равны взятым с обратным знаком напряжениям соответствующей частной задачи в точках границы основной задачи на площадке с нормалью, направленной к границе. Суперпозиция частного решения с решением вспомогательной задачи дает полное, удовлетворяющее краевым условиям решение задачи с учетом соответствующих объемных сил.

3.4.2.3 Частное решение для центробежных сил:

Компоненты тензора напряжений в этом случае выглядят следующим образом:

sz = 0,

где sr - радиальные напряжения;

sq - кольцевые напряжения;

sz - осевые напряжения;

r - плотность стали;

v - коэффициент Пуассона;

w - угловая скорость вращения;

b - максимальный наружный радиус ротора;

а - радиус осевого канала;

r - текущий радиус.

3.4.2.4 Частное решение для изменяющегося по радиусу температурного поля:

где a - коэффициент температурного расширения;

Е - модуль упругости;

Т - температура металла, изменяющаяся по радиусу r.

3.4.2.5 Расчетные схемы для определения напряженного состояния методом граничных интегральных уравнений (рисунок 2):

РВД

РСД

Рисунок 2 - Расчетные схемы роторов для определения напряжений методом граничных интегральных уравнений

3.4.2.6 Определение времени до появления трещин ползучести при расчете на статическую прочность:

где - коэффициент концентрации упругих напряжений (здесь  - максимальные напряжения, определяемые из упругого расчета МГИУ);

 - номинальные упругие напряжения, определяемые из упругого расчета МГИУ для каждой зоны ротора на удалении от концентратора;

m - показатель ползучести.

По полученному значению smах определяется [t] по кривой длительной прочности для материала ротора.

3.4.3 Определение циклической составляющей поврежденности элементов ротора

При определении исчерпанного ресурса из всего многообразия нестационарных режимов в качестве наиболее существенных и характерных выделены и учтены следующие:

- пуски из горячего, неостывшего и холодного состояний;

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: