Ресурс диска паровой турбины с начальными дефектами в области разгрузочных отверстий при ползучести

Abstract

Рассматривается влияние гипотетических дефектов (забоин и царапин) в зоне пароразгрузочных отверстий диска 2-й ступени на ресурс ротора среднего давления турбины К-300-240-2 при ползучести. Развитие повреждений диска в зоне отверстий исследуется в трехмерной постановке методом конечных элементов при совместном решении связанных между собой уравнений ползучести и повреждаемости с двумя феноменологическими параметрами: скалярным и векторным, отвечающим соответственно за вязкое и хрупкое разрушение материала. Показано, что с наличием дефектов сокращается время до зарождения трещины, но увеличивается время ее развития до критического размера. Забоина в разгрузочном отверстии моделируется двумя поврежденными конечными элементами в районе срединной плоскости диска, а царапина – рядом поврежденных элементов по всей толщине полотна диска. В случае забоины время появления трещины примерно в три раза меньше, чем при отсутствии повреждений, а в случае царапины – в шесть раз меньше. Однако полный ресурс в первом случае составляет около 60 % по сравнению с ресурсом диска без повреждений, а во втором – 25 %. Таким образом, при наличии дефекта сокращается время до появления трещины, но увеличивается время ее развития до критического размера. Незначительные повреждения в области разгрузочных отверстий могут оказывать существенное влияние на ресурс диска.

Розглядається вплив гіпотетичних дефектів (забоїни і подряпини) у зоні паророзвантажувальних отворів на ресурс диска ротора середнього тиску турбіни К-300-240-2 при повзучості. Розвиток ушкоджень диска розглядається в тривимірній постановці методу скінченних елементів при спільному розв’язанні зв’язаних рівнянь повзучості й розсіяної пошкоджуваності із феноменологічними параметрами: скалярним і векторним, що відповідають в’язкому й крихкому руйнуванню матеріалу. Показано, що за наявності дефектів скорочується час до зародження тріщини, але збільшується час її розвитку до критичного розміру. Незначні ушкодження в області розвантажувальних отворів можуть суттєво впливати на ресурс диска.

The impact of the hypothetical defects (nicks and scratches) in the steam discharge openings area of disc 2nd stage on medium pressure turbine K-300-240-2 rotor resource under creep is considered. Evaluation of disc damage in the area of openings is investigated with three-dimensional finite element method with simultaneously solving the linked creep and damage equations with two phenomenological parameters: scalar and vector, witch responsible for viscous and brittle failure of the material, respectively. It is shown that the presence of defects reduces the time to crack initiation, but increases the time of its evaluation to a critical size. Nick in the discharge opening is modeled by two damaged finite elements at the area of the median plane of the disk. And the scratch is modeled by number of damaged elements along the thickness of the disk surface. In case of occurrence of a crack during nicks is approximately three times less than in the absence of damage. The time of crack initiation caused by nicks is approximately three times less than in the absence of damage. The time of crack initiation is six times less in case of scratch, accordingly. However, the total resource in the first case is 60% compared with intact disk resource, and in the second case - 25%. Thus, the defect reduces the time until the crack, but increases the time of its evaluation to a critical size. Slight damage in the discharge openings area may have a significant impact on the disc resource.