Автоматизация моделирования каплеударной эрозии лопаточных аппаратов влажнопаровых турбин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Дергачев, Константин Владимирович

• Дергачев, Константин Владимирович
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дергачев, Константин Владимирович

Перечень сокращений и условных обозначений

Введение

1. Процессы эрозионного изнашивания лопаточного аппарата влажнопаровых турбин и их математическое моделирование

1.1. Каплеударная эрозия лопаточного аппарата влажнопаровых турбин

1.2. Исследование параметров двухфазного рабочего тела

1.3. Исследование механизма гидроэрозионного разрушения материалов и их эрозионно-усталостных свойств

1.4. Расчетные методы прогнозирования кинетики эрозионного износа

1.5. Подходы и методы технической диагностики эрозионного состояния рабочих лопаток влажнопаровых турбин

1.6. Автоматизация моделирования эрозии лопаточных аппаратов влажнопаровых турбин

1.6.1. Системы компьютерного моделирования процессов эрозионного изнашивания лопаточных аппаратов

1.6.2. Автоматизация обработки информации по эрозионному износу

1.7. Выводы по главе, цель и задачи дальнейших исследований

2. Математическое моделирование эрозионного изнашивания рабочих лопаток влажнопаровых турбин

2.1. Формализованная схема прогнозирования кинетики эрозии рабочих лопаток турбин

2.2. Моделирование пространственной геометрии рабочей лопатки

2.3. Математическое моделирование газодинамических параметров потока влажного пара в турбинной ступени

2.3.1. Моделирование газодинамических параметров пара

2.3.2. Моделирование каплеударного воздействия на входные кромки рабочих лопаток

2.4. Математическое моделирование процесса каплеударного эрозионного изнашивания входных кромок рабочих лопаток влажнопаровых турбин

2.4.1. Статистическая модель эрозионно-усталостного повреждения входных кромок рабочих лопаток потоками влаги

2.4.2. Моделирование кинетических кривых изнашивания материалов лопаток

2.4.3. Моделирование характеристик зоны эрозии

2.5. Выводы по главе

3. Вычислительный комплекс «МИРАЛ» для моделирования эрозии рабочих лопаток влажнопаровых турбин

3.1. Функциональные возможности, и ограничения комплекса

3.2. Моделирующий алгоритм комплекса

3.3. Структура и интерфейс комплекса

3.3.1. Интерфейс ввода исходных данных

3.3.2. Интерфейс окон расчета и вывода результатов

3.4. Структура баз данных комплекса

3.5. Состав процедур вычислительного комплекса

3.6. Выводы по главе

4. Исследование эрозионных процессов в рабочем облопачивании влажнопаровых турбин на базе вычислительного комплекса «МИРАЛ»

4.1. Анализ влияния газодинамических параметров турбинной ступени на эрозию лопаточного аппарата

4.2. Анализ эффективности перспективных способов пассивной защиты эродирующих турбинных лопаток

4.2.1. Относительная эрозионная стойкость материалов рабочих лопаток и противоэрозионной защиты

4.2.2. Выбор оптимального межвенцового зазора турбинной ступени

4.3. Выводы по главе

5. Автоматизация информационного обеспечения исследований эрозии энергооборудования

5.1. Характеристики и функциональные возможности автоматизированной системы информационного обеспечения

5.2. Структура и интерфейс библиографической системы

5.3. Содержание и структурно-функциональная организация баз данных

5.4. Состав и назначение процедур

5.5. Использование электронной библиографической системы

5.6. Выводы по главе 182 Заключение 184 Список литературы 186 Приложения

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Ъ - ширина полосы потока эрозионноопасных капель; хорда лопатки; с - абсолютная скорость; ссл -скорость кромочного следа;

Сф - фиктивная скорость пара;

С' - скорость звука в жидкости;

Сх - коэффициент аэродинамического сопротивления капли;

Л - эрозионно-усталостное повреждение от одиночного акта нагружения;

Вк - корневой диаметр рабочего колеса;

В - суммарное эрозионно-усталостное повреждение материала;

Е - глубина износа;

Е0, Е] - эрозионно-усталостные свойства кинетической кривой материала;

Т7 - выходная площадь решетки;

С - массовый расход пара;

С ' - погонный расход влаги через единицу длины межлопаточного сегмента;

Оэ - массовая потеря эродированного материала;

И - удельная энтальпия;

Н - теплоперепад; к - число микроплощадок по ширине РЛ; ксеп - коэффициент сепарации; кэ - критерий эрозии («эрозионное число»);

КЕ - относительная скорость эрозии в III установившемся периоде;

1],12 ~ длины сопловой и рабочей лопаток; т - масса; число дуг окружностей, составляющих профиль; тэ - показатель наклона левой ветви кривой эрозии;

М - число Маха; п - число микроплощадок по высоте РЛ; число ударов частиц эродента; пв - число влажнопаровых ступеней;

N - мощность; число циклов нагружения;

N г2 - число рабочих лопаток в ступени;

Ыэ0 - абсцисса точки перелома кривой эрозии; р - давление; вероятность; г]з,г25~ средние радиусы струйки сопловой и рабочей лопатки; гк - радиус капли;

Я - радиус дуги окружности, образующей профиль; £ - координата вдоль оси кромочного следа;

- стандартное отклонение случайной величины X; э - площадь зоны эрозии;

- шаг рабочей решетки; номер итерации по времени;

Тп - частота вращения ротора; и - окружная скорость;

Уп - нормальная составляющая скорости соударения частицы эродента; м? - относительная скорость пара;

Жд - пороговый эрозионный комплекс; х - сухость пара;

X - математическое ожидание случайной величины X; газодинамический параметр торможения; у - влажность пара; х,у,г - декартовы координаты; у - влажность; а - абсолютный угол выхода пара;

Р - относительный угол выхода пара;

5 - межвенцовый зазор; толщина противоэрозионного элемента; к - показатель изоэнтропы;

Я - доля крупнодисперсной влаги; л - динамическая вязкость жидкости (без индексов); коэффициент расхода; у - удельный объем; р - плотность; сг - поверхностное натяжение жидкости; уэ - амплитуда переменного напряжения при одиночном акте нагружения; уэК - предел эрозионной выносливости; т - время; ти - продолжительность инкубационного периода эрозии; р - коэффициент скорости сопловой решетки; угол соударения;

Индексы:

0 - перед ступенью; начальное, исходное, номинальное значение;

1 - перед рабочими лопатками (относится к сопловой решетке);

2 - за рабочими лопатками (относится к рабочей решетке); а - точка сопряжения; б - базовый профиль PJI; вх - входная кромка PJI; с - спинка профиля PJI; ср - средний; тах - максимальный; min - минимальный; г - центр окружности; r,u,z- радиальная, тангенциальная, осевая проекции в цилиндрической системе координат; R - предельное значение; t - теоретическое значение (без учета потерь); v - параметр частичного режима; * - критическое значение; - относится к жидкому эроденту; учитывает влияние влажности пара; характеристика зоны эрозии в сечении. Сокращения:

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом;

АЭС - атомная электрическая станция;

БД - база данных;

ВК - вычислительный комплекс;

ВПТ - влажнопаровая турбина;

ВПТС - влажнопаровая турбинная ступень;

ГеоТЭС - геотермальная тепловая электрическая станция;

ГТА - главный турбоагрегат;

ГРЭС - городская районная электрическая станция;

КПД - коэффициент полезного действия;

JIA - лопаточный аппарат;

ОС - операционная система;

ПО - программное обеспечение;

ПТ - паровая турбина;

ПТУ - паротурбинная установка;

РК - рабочее колесо;

PJI - рабочая лопатка;

CP - сопловая решетка;

СУБД - система управления базами данных;

ТВЧ - токи высокой частоты;

ТД - техническая диагностика;

ТС - турбинная ступень;

ТЭС - тепловая электрическая станция;

ЦВД, ЦСД, ЦНД - цилиндры высокого, среднего и низкого давления;

ЭИ - эрозионный износ, эрозионное изнашивание.

БГТУ - Брянский государственный технический университет (БИТМ);

ВТИ - Всероссийский теплотехнический институт;

КТЗ - АОО «Калужский турбинный завод»;

JTM3 - АО «Ленинградский металлический завод»;

МАИ - Московский авиационный институт;

МЭИ - Московский энергетический институт;

СПбГТУ - Санкт-Петербургский государственный технический университет; ХТГЗ - ПО «Харьковский турбогазовый завод»; ЦКТИ - Центральный котлотурбинный институт; EPRI - Институт энергетики США;

JMP PAN - Институт проточных машин Польской академии наук.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация моделирования каплеударной эрозии лопаточных аппаратов влажнопаровых турбин»

В условиях подъема промышленного производства в России, отражающегося в приросте энергопотребления, одной из первоочередных задач является совершенствование технической базы энергетических предприятий страны [43].

Многие энергоблоки электростанций, введенных в эксплуатацию еще в 6070-х годах, требуют модернизации, в том числе замены устаревших турбин, паровыми турбинами новой конструкции [51]. На сегодняшний день более 10% (20 млн. кВт) существующих мощностей исчерпало свой ресурс, подлежит ремонту или демонтажу по условиям безопасности эксплуатации [74]. Однако, темпы восполнения вышедших из строя энергетических установок значительно отстают от возрастающей потребности в них [76].

На пути к решению задачи создания новых конструкций паровых турбин с более высокими показателями экономичности и надежности лежит изучение и прогнозирование эрозии элементов проточных частей ВПТ, а также разработка эффективных методов ее снижения. Проблема эрозии является особенно актуальной для ВПТ АЭС, ТЭС и ГеоТЭС, отличающихся от других типов турбин работой при повышенной влажности пара [56, 60, 76, 77].

Эрозия - процесс постепенного разрушения и удаления материала поверхности твердого тела с нарушением его исходных физико-механических свойств, конфигурации и размеров в результате механического воздействия капель жидкости, пузырьков пара или твердых частиц (эродента) при возможных дополнительных воздействиях со стороны внешней среды.

Во влажнопаровых турбинах наиболее опасным является эрозионный износ входных кромок рабочих лопаток 1-3 последних ступеней ЦНД под действием потока влажного пара. Причиной эрозии являются капли влаги, образующиеся в периферийной части СР [75, 77, 80]. Они сталкиваются с входной кромкой РЛ. При этом они наносят материалу РЛ эрозионное повреждение, приводящее усталостному разрушению его поверхности [35].

Потеря материала в результате усталостного разрушения поверхности КЭ влечет за собой снижение показателей надежности и экономичности отдельных ступеней и ПТУ в целом [47, 50]. В частности, эрозия входных кромок РЛ мощной ПТ после нескольких десятков тысяч часов работы может снизить КПД ВПТС на величину до 5,0 - 6,5 % [50]. Средняя высота неровностей, образующихся при эрозии поверхностей РЛ, составляет около 1 мм, за счет чего профильные потери лопатки возрастают примерно на 40% [7]. Кроме того, в условиях высоких статических и вибрационных нагрузок действующих на РЛ последних ВПТС [63], эрозионные борозды и кратеры на их поверхности являются причиной возникновения усталостных трещин [64].

Вследствие повышенной эрозии рабочих лопаток действительный срок службы многих из них оказывается меньше расчетного [10, 64, 108]. Последствия этого явления отражаются в вынужденных остановах паровых турбин с целью осмотра, ремонта или замены лопаточного аппарата последних влажнопа-ровых ступеней [47]. По данным ЕРШ [63] на долю лопаток ЦНД приходится 73% остановов, связанных с их повреждениями, при этом доля двух последних ступеней составляет 58 %. Материальный ущерб энергокомпаний США по причине эрозии РЛ возрастает с каждым годом. За период с 1976 по 1986 г. он составил около 1,5 млрд. долларов [109]. Практика эксплуатации отечественных ВПТ также имеет примеры подобных убытков, соизмеримых со стоимостью турбины [50].

Приведенные факты свидетельствуют об актуальности проблемы снижения эрозии элементов паровых турбин. В научно-технической литературе предлагаются активные и пассивные мероприятия по ее снижению. В их числе выбор оптимальных режимов работы и схем регулирования турбин, систем влагоуда-ления, защитных покрытий и способов их нанесения, составление графиков осмотров и ремонтов [23, 39, 64, 77]. Нередко такие предложения являются не подкрепленными теоретической и экспериментальной информацией и проверяются методом проб и ошибок [47, 51].

Перспективным методом снижения и контроля эрозии является применение автоматизированных диагностирующих систем, распознающих текущее повреждение поверхности РЛ [35, 76]. Они призваны определять степень эффективности методов противоэрозионной защиты и помогать в обеспечении оптимального использования ВПТ.

Эффективность решения задачи создания оперативной системы диагностики эрозии напрямую зависит от глубины теоретических и экспериментальных исследований в этой области. В связи с этим особое значение в качестве критерия использования тех или иных параметров мер противоэрозионной защиты приобретает информация об эрозионном состоянии лопаточного аппарата.

Высокая стоимость, большая длительность и вследствие этого низкая оперативность физического моделирования накладывают ограничения на его использование в качестве метода исследования эрозионных процессов во влажно-паровых турбинах [5].

Более доступным и оперативным способом исследования эрозии проточной части ВПТ является математическое моделирование. Оно предполагает построение математических моделей физических процессов, протекающих в турбине и их последующее теоретическое исследование по моделирующему алгоритму с использованием численных методов [5].

Ввиду того, что эрозия - комплексный процесс, обусловленный совокупностью конструктивных, газодинамических, материаловедческих и др. факторов, при ее изучении используется системный подход. Он предполагает всестороннее изучение процессов, происходящих во ВПТ, и их влияния на эрозионное разрушение входных кромок РЛ.

Применение математического моделирования для имитации поведения таких сложных систем как ПТ стало возможным благодаря появлению быстродействующей вычислительной техники способной выполнить большой объем громоздких математических расчетов [5]. Существующие вычислительные комплексы моделирования процессов ЭИ имеют ряд недостатков, связанных с применением моделей, не учитывающих статистический характер эрозии, разрушение покрытий и особенностей ее протекания во времени. Сдерживающим фактором развития автоматизированного моделирования является ориентированность многих систем на устаревшее программно-техническое обеспечение.

Средством для решения задач, связанных с эрозионной защитой энергооборудования может служить прогнозирующий ВК, основанный на имитации физических процессов, определяющих протекание эрозионного изнашивания ЛА. Для его разработки необходимо создать методическое, программное и информационное обеспечение.

Разработка новых и преобразование существующих математических методов прогнозирования ЭИ, адаптированных для компьютерного моделирования, является приоритетной и складывается из ряда частных задач, связанных с моделями геометрии РЛ, газодинамики двухфазного потока, эрозионного повреждения и разрушения.

Необходимость создания информационного обеспечения основана на обстоятельстве, отмеченном в «Концепции реформирования российской науки»: «Эффективность научной деятельности в решающей степени определяется возможностью доступа к научно-технической информации.» [22]. При высоком уровне развития современных информационных технологий и возрастающем объеме научно-технической информации в области эрозии энергооборудования приобретает актуальность проблема создания электронных каталогов [8], призванных облегчить доступ исследователей к информационным ресурсам.

Целью диссертационной работы является разработка методов и средств компьютерного моделирования каплеударной эрозии лопаточных аппаратов турбомашин для повышения надежности и экономической эффективности работы турбинного оборудования в условиях каплеударного эрозионного изнашивания.

В работе использован математический аппарат теории вероятностей; методология пространственно-временной и режимной дискретизации процесса эрозионного изнашивания единой статистической теории эрозии; метод статистических испытаний Монте-Карло; гипотеза линейного суммирования повреждений Польмгрена-Майнера, численный метод интегрирования дифференциальных уравнений Кутта-Мерсона; методы интерполяции кубическими сплайнами. При создании программного обеспечения использована технология визуального объектно-ориентированного программирования и методы построения иерархии реляционных баз данных.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана модель для автоматизированного имитационного моделирования каплеударного изнашивания входных кромок турбинных РЛ, ориентированная на использование в качестве теоретической базы построения методического обеспечения системы технической диагностики.

2. Предложено уточнение метода математического моделирования процесса каплеударной эрозии материала рабочих лопаток ВПТ с учетом изнашивания защитных покрытий.

3. Внесены изменения в методику прогнозирования эрозионного состояния лопаточного аппарата, позволяющие моделировать процесс плавного эрозионного разрушения входных кромок РЛ большой веерности.

4. Разработана структура и сформулированы принципы функционирования ВК для автоматизации прогнозирования ЭИ лопаточного аппарата турбомашин.

5. Построена модель системы автоматизации информационного обеспечения исследований в области эрозии энергооборудования.

Практическую ценность работы составляют:

1. Система автоматизированного моделирования каплеударной эрозии входных кромок рабочих лопаток влажнопаровых турбин, позволяющая решать широкий класс задач эксплуатационного и исследовательского характера в области обеспечения их надежности и экономичности.

2. Полученные зависимости влияния основных конструкционных и режимных параметров на интенсивность изнашивания входных кромок РЛ влажнопаровых турбинных ступеней.

3. Рекомендации по противоэрозионной защите лопаточного аппарата ВПТ, полученные с помощью системы автоматизированного моделирования эрозии.

4. Система автоматизации информационного обеспечения исследований в области эрозии энергооборудования.

Диссертационная работа имеет следующую структуру:

В первой главе проанализированы литературные источники, посвященные теоретическому и экспериментальному изучению проблемы эрозионного изнашивания элементов ВПТ и факторов, определяющих их эрозию.

Во второй главе рассматривается обобщенная математическая модель прогнозирования каплеударной эрозии входных кромок рабочих лопаток ВПТС и частные математические модели физических процессов, входящие в ее состав.

Третья глава посвящена описанию ВК для моделирования эрозионного состояния ЛА влажнопаровых турбин. Рассмотрены его функциональные возможности, решаемые с его помощью задачи, структура и интерфейс, а также структура баз исходных и результирующих данных.

В четвертой главе описано исследование влияния конструкционных, режимных и материаловедческих параметров на развитие эрозии входных кромок РЛ, проведенные с помощью созданного ВК. По их результатам даны рекомендации, касающиеся снижения эрозии путем выбора оптимального режима работы, межосевого зазора ступени и материалов РЛ.

Пятая глава посвящена описанию автоматизированной информационной системы, содержащей библиографические описания и тематику работ в области эрозии энергооборудования. Рассмотрены ее характеристики, функциональные возможности, структура, интерфейс," иерархия баз данных и принципы работы.

Апробация работы и публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в четырех печатных работах [17-20], включая 2 статьи в журнале «Известия вузов. Ядерная энергетика» (2000, 2001 гг). Результаты выполненных исследований докладывались на Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование в научных исследованиях» (г. Ставрополь, 2000 г.), на 55-й научной конференции профессорско-преподавательского состава БГТУ (г. Брянск, 1999 г) и на научно-методических семинарах (1999-2002 гг).

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Дергачев, Константин Владимирович

5.6. Выводы по главе

1. Потребность в компактном хранении большого объема библиографической информации, накопленной по проблеме эрозионного изнашивания элементов энергетических установок, и в автоматизации информационного поиска при решении задач связанных с эрозией обуславливает необходимость создания электронной библиографической системы.

Разработанная с этой целью ЭБС «БИНЭРИ» спроектирована с помощью инструментальной системы визуального программирования Borland Delphi и языка Object Pascal. Это позволило создать интуитивно-понятный графический интерфейс ориентированный на использование меню и иерархическую модульную структуру, облегчающую процесс разработки и доработки системы.

Данная система нормально функционирует на вычислительных машинах различной производительности, начиная от компьютеров на базе процессора Intel 80486, что обеспечивает возможность ее широкого внедрения в различных научных организациях и на предприятиях.

2. Функциональные возможности и характеристики представленной электронной библиографической системы свидетельствуют о целесообразности ее внедрения для автоматизации научных исследований, связанных с проблемой эрозии энергетического оборудования. С учетом возрастающего числа публикаций, накапливаемых во многих других областях науки и техники, ЭБС по эрозионному износу может быть преобразована для хранения и поиска библиографической информации по любой другой тематике.

3. Библиографическая система обеспечивает хранение, просмотр, редактирование, поиск и печать библиографической информации по эрозионному изнашиванию энергооборудования. Ее базы данных содержат данные, для девяти характерных видов публикаций: монографий, диссертаций, патентных документов, статей из журналов, статей из книг, статей из сборников трудов, депонированных рукописей, тезисов докладов и прочих публикаций, а также данные, определяющие смысловое содержание публикации - ключевые слова.

Важной отличительной особенностью данной ЭБС является двухуровневый словарь ключевых слов, который содержит слова и словосочетания, использующиеся при составлении характеристики каждой печатной работы. Использование словаря, составленного экспертом, исключает возможность внесения в систему некорректной информации о содержании публикации.

Благодаря возможности хранения публикаций, написанных на иностранных языках, ЭБС содержит в себе информацию о достижениях в области исследования эрозии, сделанных во всем мире.

Достоверность хранящейся в системе информации достигается за счет контроля уникальности и корректности входной информации, а также за счет ограничения прав ее редактирования.

Задача быстрого наполнения системы информацией решена посредством разделения баз данных на главные и вспомогательные. Наполнение вспомогательных баз ведется параллельно на нескольких компьютерах, а затем все они дополняют главные базы данных. В целях быстрого доступа к информации она хранится в реляционных БД, имеющих между собой иерархические связи.

4. По способу использования ЭБС выделяются две основных группы ее функций: 1) связанные с наполнением системы информацией и 2) предоставляющие пользователю требуемые данные. Первые связаны с составлением словаря ключевых слов и вводом библиографической информации, вторые - с предоставлением помощи в непосредственном решении задач, стоящих перед исследователем эрозии. Удобство добавления информации обуславливает возможность быстрого обновления содержания баз системы. Гибкая поисковая система и система ключевых слов расширяет возможности пользователя в оперативном получении информации. Она предназначена для помощи в решении следующих задач, стоящих перед исследователем: определение перспективного направления дальнейших научных исследований, поиск печатных работ, необходимых для проведения аналитического обзора или расчетов, получение сведений об известных разработках по интересующей проблеме.

184

заключение

1. Для моделирования процесса каплеударной эрозии РЛ влажнопаровых турбин, как многофакторного вероятностно-статистического явления, построена общая модель прогнозирования их эрозионного состояния, состоящая из математических моделей геометрии РЛ, газодинамики ВПТС, параметров двухфазного течения, соударения полидисперсного капельного потока с поверхностью, процесса каплеударной эрозии и геометрии эродированной лопатки.

2. С целью учета временной и режимной неравномерности процесса эрозионного изнашивания разработан метод имитационного моделирования кинетики эрозионного разрушения входных кромок РЛ турбинных ступеней различного конструктивного исполнения, учитывающий постепенное изменение геометрии профилей при изнашивании.

3. Использование противоэрозионной защиты изменяет количественные характеристики эрозии материала лопаток. В связи с этим для учета изнашивания основного материала РЛ после разрушения защитных покрытий, наплавок и напаек было произведено уточнение метода математического моделирования процесса каплеударной эрозии

4. На базе общей модели процесса эрозионного изнашивания создан вычислительный комплекс «МИРАЛ» для моделирования каплеударной эрозии входных кромок РЛ. Он обеспечивает высокую точность и достоверность прогнозирования эрозии рабочих лопаток ВПТС различных типов, подтвержденную результатами обследований ЛА натурных турбин.

5. С помощью ВК «МИРАЛ» выполнены численные эксперименты по моделированию кинетики эрозии РЛ современных паровых турбин. Их результаты позволили получить количественные и качественные зависимости влияния основных конструкционных, режимных и материаловедческих параметров на интенсивность изнашивания входных кромок рабочих лопаток ВПТС.

6. Анализ зависимостей влияния на ЭИ лопаток различных режимов эксплуатации позволил сформулировать следующие выводы и рекомендации по их оптимизации: а) положение наиболее эрозионноопасного режима эксплуатации индивидуально для турбин различного конструктивного исполнения; б) для ледокольных турбин нежелательна длительная эксплуатация в диапазоне мощности 65.85 % от номинальной; в) для энергетических турбин мощностью 300 МВт наиболее эрозионноопасным является номинальный режим.

7. На основе зависимостей влияния величины межвенцового зазора на интенсивность эрозии JIA сформулированы выводы и рекомендации по его выбору: а) зависимости интенсивности эрозии PJI от величины межвенцового зазора ступени имеют экстремальный характер; б) значения межвенцовых зазоров ряда современных турбин являются неблагоприятными с точки зрения эрозионной безопасности их J1A; в) увеличение межвенцового зазора до 14 мм у ледокольных турбин и снижение до 60.65 мм у энергетических турбин мощностью 300 МВт позволяет снизить интенсивность эрозии JIA на 3,5-7% при сохранении исходных показателей надежности и эффективности.

8. Анализ смоделированных с помощью ВК «МИРАЛ» кинетических кривых эрозии защитных элементов РЛ позволил сформулировать выводы и рекомендации по выбору их размеров в зависимости от конкретных условий капле-ударного воздействия и применяемых материалов. Показано, что оптимально спроектированная поверхностная защита входных кромок РЛ позволяет уменьшить интенсивность эрозии более чем в 3 раза.

9. Разработана автоматизированная система информационного обеспечения исследований эрозионных процессов. Получаемая с ее помощью информация по интересующей проблеме в области эрозии энергооборудования позволяет повысить эффективность теоретических и экспериментальных научных исследований при эксплуатации и проектировании влажнопаровых турбин.

10. Созданное программное обеспечение ориентировано на использование в научных исследованиях эрозионных процессов ЛА влажнопаровых ступеней турбин ТЭС, АЭС, ГеоТЭС и приводных транспортных турбин на стадии их проектирования для разработки мероприятий противоэрозионной защиты, в исследованиях поискового характера и при ранжировании эрозионнозначимых факторов по степени влияния на интенсивность эрозии турбинных РЛ.

186

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дергачев, Константин Владимирович, 2002 год

1. Амелюшкин В.Н. Измерение эрозионного износа лопаток паровых турбин // Сб. научн. тр. ЦКТИ. 1985. - Вып. 221. - С. 55-58.

2. Амелюшкин В.Н. Эрозия титановых рабочих лопаток паровых турбин // Энергомашиностроение. 1992. - № 11. - С. 25-26.

3. Бабот Ф.Н., Романов JIM. Математическая модель движения влаги и расчет эрозионного износа лопаток паровых турбин // Теплоэнергетика. 1987. -№9. - С. 56-57.

4. Бродовский А.И. Система автоматизации библиотек ИРБИС 2000: Что нового? // Науч. и техн. б-ки. 2001. -№ 2. - С. 25-31.

5. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем-М.: Наука, 1978 400 с.

6. Винокуров И.В., Медведь B.C. Диагностические признаки в вибрационном поведении действующих паротурбинных агрегатов // Сб. научн. тр. ЦКТИ. 1992.-Вып. 273.-С. 9-26.

7. Влияние эрозионного износа входной кромки рабочих лопаток ступеней осевых турбин на профильные потери / И.П.Фаддеев, В.Т.Засыпка, Т.Т.Засыпка, В.С.Цвиклис // Изв. вузов. Энергетика. 1982. - № 1- С. 109-111.

8. Воройский Ф.С. Развитие современных информационных технологий в библиотеках России и других стран СНГ в зеркале Международных конференций «Крым 1994» - «Крым - 2000» // Науч. и техн. б-ки.- 2001.- №2.- С. 5-17.

9. Влияние осевого зазора на динамическую прочность рабочих лопаток осевых турбин / А.А.Моисеев, Ю.И.Митюшкин, С.А.Алексеев, В.И.Филатов // Энергомашиностроение. 1972. - № 10. - С. 12-15.

10. Гонсеровский Ф.Г. Упрочнение и ремонт стальных паротурбинных лопаток после эрозионного износа //Электрические станции.-1988.- № 8.- С. 37-41.

11. ГОСТ 7.1-84. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления. Введ. 01.01.86. М.: Изд-во стандартов, 1984- 75 с.

12. Давыдов Н.И., Наумов A.B. Состояние разработок и основные характеристики программно-технических комплексов для АСУТП энергетическихобъектов и результаты их внедрения в проекты АСУТП энергоблоков // Теплоэнергетика. 1993. - № 8. - С. 73-74.

13. Даскал Ю.И. Метод расчета дисперсности двухфазного потока с учетом распада капель // Изв. вузов. Энергетика. 1983. - № 5 - С. 65-69.

14. Даскал Ю.И. Осаждение мелкодисперсной влаги в турбинных решетках // Изв. вузов. Энергетика. 1983. - № 12. - С. 81-83.

15. Даскал Ю.И. Метод расчета крупнодисперсной влаги для группы влаж-нопаровых ступеней//Энергомашиностроение 1989-№ 12-С. 10-12.

16. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Двухфазные течения в элементах теплоэнергетического оборудования. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 328 с.

17. Дергачев К.В. Электронная система прогнозирования эрозии рабочих лопаток турбин атомных станций // Изв. вузов. Ядерная энергетика. 2001. -№3.-С. 3-13.

18. Дергачев К.В., Лагерев A.B. Электронная библиографическая система по эрозионному изнашиванию оборудования атомных и тепловых энергоустановок // Изв. вузов. Ядерная энергетика. 2000. - №2. - С. 24-29.

19. Дергачев К.В., Лагерев A.B. Электронная библиографическая система по эрозионному износу энергооборудования // Тезисы докладов 55-й научной конференции профессорско-преподавательского состава БГТУ. Брянск: БГТУ, 2000.-С. 105-106.

20. Жуковский Г.В., Розенберг С.Ш., Фершалов A.A., Хоменок Л.А. Разработка системы диагностики причин изменения экономичности ЦВД и ЦСД турбин ТЭС // Сб. научн. тр. ЦКТИ.- 1992.- Вып. 273. С. 93-102.

21. Захаров А.Г. Информационно-библиотечное обеспечение научных исследований Российской академии наук // Науч. и техн. б-ки 2001.- № 2- С. 135-141.

22. Иванов В.А. Режимы мощных паротурбинных установок. Д.: Энерго-атомиздат, 1986.-248 с.

23. Индурский М.С., Бойцова Э.А., Кузьменко O.A. Простые формулы для параметров водяного пара в расчетах турбин //Теплоэнергетика.- 1982.- №4.- С. 74-75.

24. Информационно-диагностическая система контроля подогревателей сетевой воды турбоустановки Т-250/300-240 / А.Д.Трухний, Н.А.Зройчиков, Б.В.Ломакин, И.В.Седов // Теплоэнергетика. 1998. - № 1. - С. 30-34.

25. Казак М.А., Альфер Б.В. и др. Исследование средств защиты рабочих лопаток паровых турбин от эрозии // Судостроение. 1977. - № 7. - С. 29-31.

26. Казак М.А., Фаддеев И.П. Влажнопаровые турбины атомных энергетических установок ледоколов «Ленин», «Арктика» и «Сибирь» // Теплоэнергетика. 1978. -№ 7. - С. 50-54.

27. Казак М.А., Фаддеев И.П., Радик C.B. Эрозионный износ рабочих лопаток судовых ТНД // Судостроение. 1983. - № 8. - С. 23-25.

28. Кириллов И.И., Шпензер Г.Г. Вихревые структуры и движение влаги в турбине // Изв. вузов. Энергетика. 1983. - № 1. - С. 70-76.

29. Кириллов И.И., Яблоник P.M. Основы теории влажнопаровых турбин-Л.: Машиностроение, 1968. 262 с.

30. Ковалев И.А. Цели и задачи технической диагностики // Сб. научн. тр. ЦКТИ. 1992. - Вып. 273. - С. 3-8.

31. Куличихин В.В. Об эрозионном износе рабочих лопаток паровых турбин // Энергетик. 1993. - № 6. - С. 15-16.

32. Лавренова O.A. Электронные каталоги: тенденция и практика Российской государственной библиотеки // Науч. и техн. б-ки. 2000 - № 2- С. 29-35.

33. Лагерев A.B. Вероятностная оценка падения мощности эродирующей влажнопаровой турбинной ступени в процессе эксплуатации // Изв. вузов. Энергетика. 1991. -№ 9. С. 108-114.

34. Лагерев A.B. Вероятностно-статистические основы методологии оценки эрозионного изнашивания влажнопаровых турбин, его прогнозирование и методы защиты : Дисс. . .доктора техн. наук. С-П., 1994. - 660 с.

35. Лагерев A.B. Вероятностное прогнозирование эрозии в системах технической диагностики влажнопаровых турбомашин // Изв. РАН. Энергетика. -1997.- №2. С. 134-143.

36. Лагерев A.B. Концепция и перспективные направления использования единой статистической теории эрозии влажнопаровых турбомашин // Изв. РАН. Энергетика. 1994. -№ 6. С. 138-147.

37. Лагерев A.B. Напряженное состояние защитных покрытий и поверхностного слоя конструкций при эрозионном и кавитационном видах износа // Трение и износ. 1992.-Т.13.-№ 5.-С. 837-848.

38. Лагерев A.B. Основы проектирования эрозионностойких защитных покрытий рабочих лопаток влажнопаровых турбин. Брянск: БИТМ, 1990 - 109 с.

39. Лагерев A.B. Экспертная система мониторинга эрозионного состояния турбин насыщенного пара атомных энергоустановок // Изв. вузов. Ядерная энергетика. 1998. - № 6. - С. 28-35.

40. Левова Л.В., Ефремов C.B., Трифонова Е.В. Что дальше? Автоматизированная информационно-библиотечная система «МАРК-SQL». Возможности, проблемы, решения // Науч. и техн. б-ки. 2001. - №2. - С. 32-39.

41. Лисянский A.C., Назаров В.В. Паротурбостроение ЛМЗ в современных условиях // Электрические станции. 2000. - № 12. С. 69-72.

42. Лопухин Б.И., Ерашов А.Ф. Исследования эрозионной стойкости лопаточных аппаратов // Сб. научн. тр. ЦКТИ. 1975. - Вып. 130. - С. 88-94.

43. Маршак Б.И. Система автоматизации библиотек ИРБИС: текущее состояние, перспективы, маркетинг // Науч. и техн. б-ки 2000 - №2 - С. 40-45.

44. Международные таблицы и уравнение для динамической вязкости воды и водяного пара // Теплоэнергетика 1977- № 4 - С. 87-91.

45. Межремонтный период работы турбин К-200-130 JIM3 / О.С.Найманов, В.А.Бонеско, Ю.А.Авербах, В.Е.Гельфер // Теплоэнергетика.- 1989.- № 5.- С. 33-36.

46. Меркушева О.Б. Программный комплекс «Мамонт»: становление и развитие // Науч. и техн. б-ки 2000 - №2 - С. 68-75.

47. Мокравцов М.В. Эрозионный износ рабочих лопаток влажнопаровых ступеней ЧНД турбин и перспективные методы его снижения: Дисс. . канд. техн. наук. -С.-П., 1991.

48. О влиянии эрозионного уноса материала лопаток на экономичность паровых турбин / А.В.Гаркуша, М.Ф.Федоров, С.П.Сударкина и др. // Энергетическое машиностроение (Харьков).- 1977 Вып. 23 - С. 127-133.

49. Опыт Костромской ГРЭС по замене проточных частей низкого давления ЦСД и ЦНД турбин К-300-240-1 JIM3 на модернизированные / В.Я.Кузнецов, О.Е.Таран, А.П.Куражев, Д.Л.Рагинский //Теплоэнергетика.- 2000.- №11.- С. 63-64.

50. Оценка эрозионного износа лопаточного аппарата влажнопаровых турбин АЭС / В.А.Иванов, И.П.Фаддеев, В.М.Боровков, В.И.Королев // Сб. научн. тр. МЭИ. М.: Изд-во МЭИ, 1999. - С. 214.

51. Паровые и газовые турбины: Сборник задач / Под ред. Б.М.Трояновского, Г.С Самойловича М.: Энергоатомиздат, 1987. - 240 с.

52. Паротурбинные установки атомных электростанций / Под ред. Ю.Ф.Косяка. М.: Энергия, 1978. - 312 с.

53. Перельман Р.Г. Эрозионная прочность деталей двигателей и энергоустановок летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1980. - 245с.

54. Перельман Р.Г. Пряхин В.В. Эрозия элементов паровых турбин. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 184 с.

55. Пирумова Л.Н., Садовская Л.К. Вопросы непрерывного образования специалистов АСОД в отраслевой научной библиотеке // Науч. и техн. б-ки. -2001 -№2. С. 112-118.

56. Погодаев Л.И., Шевченко П.А. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования. Л.: Судостроение, 1984. - 264 с.

57. Поддубенко В.В., Яблоник P.M. Влияние структуры потока капель на эрозию турбинных лопаток // Изв. вузов. Энергетика 1976. - № 4. - С. 88-94.

58. Причины повреждений и пути повышения надежности оборудования ГеоТЭС / О.А.Поваров, Г.В.Томаров, В.Н.Жаров, С.Ю.Кутырев // Энергетическое строительство. 1992. - № 2. - С. 14-20.

59. Пряхин В.В., Поваров O.A., Рыженков В.А. Проблемы эрозии турбинных рабочих лопаток // Теплоэнергетика. 1984. - № 10. - С. 25-30.

60. Расчет турбинных проточных частей, работающих на влажном паре / Б.М.Трояновский, М.С.Индурский, Л.Л.Симою и др. // Теплоэнергетика. 1985. -№ 7.-С. 28-32.

61. Резенских В.Ф., Лебедева А.Н., Богачев А.Ф. Критерий эксплуатационной надежности коррозионно-поврежденных лопаток ЦНД паровых турбин // Электрические станции. 1991. - № 7. - С. 32-35.

62. Рыженков В.А. Состояние проблемы и пути повышения износостойкости энергетического оборудования ТЭС //Теплоэнергетика.-2000.-№ 6.-С. 20-25.

63. Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 496 с.

64. Сергиевская E.H. Тенденции развития АСУ ТП ТЭС // Теплоэнергетика.-2000.-№ 11.-С. 65-69.

65. Соколовский Г.А., Гнесин В.И. Нестационарные трансзвуковые и вязкие течения в турбомашинах. Киев: Наукова думка, 1986. - 262 с.

66. Сравнение расчета осесимметричного течения в ЦНД паровой турбины с данными натурных исследований / Р.Н. Алексеева, М.С.Индурский, В.П.Лагун и др. // Теплоэнергетика. 1984. - № 4 - С. 32-36.

67. Стебунов А.Б., Сенькин В.И., Крутовская Э.Н., Бураков A.C. Система комплексного технического диагностирования оборудования турбоустановки К-550 блока № 5 Курской АЭС // Сб. научн. тр. ЦКТИ.- 1992.- Вып. 273.- С.114-119.

68. Сюнтюренко О.В. Программы РФФИ в области развития информационной инфраструктуры науки и образования // Науч. и техн. б-ки 2000 - № 1.- С. 53-60.

69. Тихомиров С.А., Уфлянд Г.Б., Зайцев Д.О. Экспертная программа оценки поврежденности и прогнозирования остаточного ресурса элементов энергетических паровых турбин // Сб. научн. тр. ПИМАМ 2000.- Вып. 2 - С. 52-55.

70. Троицкий А.Н., Поваров O.A. Эффективность турбинной ступени в условиях высокой степени влажности пара // Теплоэнергетика 1988 - № 2- С. 65-67.

71. Трояновский Б.М. Турбины для атомных электростанций. М.: Энергия, 1978.-232 с.

72. Трояновский Б.М., Огурцов А.П. Отечественные паровые турбины. Состояние, перспективы развития // Теплоэнергетика. 1998 . - №1. - С. 2-9.

73. Трояновский Б.М., Филиппов Г.А., Булкин А.Е. Паровые и газовые турбины атомных электростанций. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 256 с.

74. Трухний А.Д., Трояновский Б.М., Костюк А.Г. Основные научные проблемы создания паротурбинных установок для энергоблоков нового поколения. 4.1 // Теплоэнергетика. 2000. - №6. - С. 13-19.

75. Фаддеев И.П. Эрозия влажнопаровых турбин. JL: Машиностроение, 1974.-208 с.

76. Фаддеев И.П., Лагерев A.B. Прогнозирование процесса эрозии рабочих лопаток судовых турбин // Судостроение. 1989. - № 5. - С. 18-20.

77. Филиппов Г.А., Поваров O.A. Сепарация влаги в турбинах АЭС. М.: Энергия, 1979.-320 с.

78. Филиппов Г.А., Поваров O.A., Пряхин В.В. Исследования и расчеты турбин влажного пара. М.: Энергия, 1973. - 232 с.

79. Филиппов Г.А., Поваров O.A., Семенюк A.B. Осаждение мелкодисперсной влаги из турбулентного потока влажного пара // Теплоэнергетика- 1985 -№ 10.-С. 55-58.

80. Хаимов В.А., Храбров П.В., Марченко Ю.А., Котляр O.E. Эрозионные процессы лопаточного аппарата и задачи диагностического контроля // Сб. научн. тр. ЦКТИ. 1992. - Вып. 273. - С. 84-92.

81. Цернер В., Андреев К. Задачи диагностики паровых турбин и система диагностики «Сименс» // Теплоэнергетика. 1993 - № 5. - С. 65-73.

82. Чжуан И., Уилсон Д., Лозовски Е. Моделирование траектории движения твердой частицы в турбулентном потоке // Современное машиностроение. Серия А. 1990. - № 6. - С. 82-85.

83. Шрайберг Я.Л. Автоматизация, как новое научное направление в биб-лиотечно-информационной области. Десять главных принципов автоматизации // Науч. и техн. б-ки. 2000. - № 2. - С. 5-11.

84. Эрозия / Под ред. К. Прис. М.: Мир, 1982. - 464 с.

85. Яблоник P.M., Поддубенко В.В. Экспериментальные исследования эрозионной стойкости лопаточных материалов // Энергомашиностроение. 1975. -№ 11.-С. 29-31.

86. Явельский М.Б., Рошаль М.Д. и др. Исследование эрозионного разрушения радиационным методом // Теплоэнергетика. 1989 - № 4. - С. 61-62.

87. Янг Д., Яо К. Инерционное осаждение капель тумана на лопатки паровой турбины // Современное машиностроение. Серия А 1989 - №4 - С. 74-82.

88. Ahmed S.M., Hokkirigawa К., Ito Y., Oba R. Исследование с помощью сканирующего электронного микроскопа начальной стадии вибрационной кавитаци-онной эрозии // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. В.- 1989.- V.55.- №520.- P. 3630-3635.

89. Balendra T. Reflection of plane waves from a fluid-solid boundary involving cavitation//J. Solidond Vibration.- 1980.-V. 6.-№ l.-P. 133-140.

90. Computer with artificial intelligence to support Texas power plants // Turbo-mash. Int. 1985. - V. 26.- № 1. - P. 11.

91. El-Soyed A.F., Lasser R., Rouleau W.T. Effects of secondary flow on particle motion and erosion in a stationary cascade // Int. J. Heat and Fluid Flow. 1986. -v7. - P. 146-154.

92. Heymann F.J. // Proc. Int. Conf. Rain Erosion, 2nd. 1967.- P. 683-689.

93. Heymann F.J. On the prediction of erosion in steam turbines.- Доклады VI конф. по паровым турбинам большой мощности Плзень - 1975 - С. 484-494.

94. Heymann F.J. Conclusions from the ASTM Interlaboratory test program with liquid impact erosion facilities. London. - 1979 (ELSI V).

95. Krzyzanowski Y. Erosia lopatek turbin parowych. Wroclaw, 1991. - 372s.

96. KitronA., Tomir A., Elpenin T. Monte Carlo analysis of wall erosion and direct contact seat transfer by impinging two-phase jets // J. Thermoph. gs Heat Transfer. 1989. - V. 3. - №2. - P. 112-122.

97. Moore M.J., Sieverding C.H. Two-phase steam flow in turbines and separators. Washington: McGrow Hill Book Co., 1976. 399 p.

98. Pollard D., Lord M., Stockton E. An evaluation of low-pressure steam-turbine blade erosion // GEC J. of Science and Technology.- 1983.- Vol. 49.- №1.- P. 29-34.

99. Rao P.V., Buckley D.H. Characterization of solid particle erosion resistance of ductile metals based on their properties // Trans. ASME. J. Eng. Gas Turbines and Power. 1985. - Vol. 107. - № 3. - P. 669-678.

100. Ruml Z. Erosion von Dampfturbinen-Schaufelwerkstoffen // Schmierungstechnik. 1988. - V. 19. - №2. S. 39-43.

101. Ruml Z., Orna M., Liska A. The evaluation of the erosion resistance of steam turbine blade material // Proc. 6th Int. Conf. on Erosion by Liquid and Solid Impact, Cambridge, 5-8 Sept. 1984. P. 28/1 - 28/7.

102. Saito K. Life assessment and diagnostics techniques for steam turbines components // Toshiba Rev.- 1991. № 6. - P. 491-494.

103. Silbermann G., Koerdt R. Strom und wasser fur das leben der wüste/ Das kraftwerk ai Taweelah in Abu Dhabi // VGB. 1998. - № 8. - S. 29-35.

104. Stanisa B., Dicko M., Puklavec K. Erosion process on the last stage rotor blades of turbines in service // Proc. 7th Int. Conf. on Erosion by Liquid and Solid Impact, Cambridge, 7-10 Sept., 1987. - P. 16/1-16/7.

105. Stanisa B., Povarov O.A., Rizenkov V.A. Einflus des wassertropfonan-ftreffwinkels auf den erosionsvorgang beim dampfturbinenschaufelmaterial // Brennstoff- Warme Kraft. - 1992. - V. 44. - №3. C.93-97.

106. Storch W., Muhl f., Kuhn W. Entwicklungsstand und perspektiven des regenerierens von turbinenschaufeln // Energietechnik. 1990. - № 1. - S. 2-8.

107. Survey of steam turbines blade failures // EPRI final report. Stress Technology Inc. 1986, March. - P. 108.195