Embed Size (px)
Citation preview
Оценка фактического состояния металла элементов гидротурбин с
применением фазохронометрического метода
Москва, 2014
II Всероссийский ФорумТехногенные катастрофы: технологии предупреждения и ликвидации
Зав. Лаб., д.т.н. Мишакин В.В.
С.н.с., к.т.н. Гончар А.В.
Институт проблем машиностроения РАН
Актуальность
Безопасность и эффективность природопользования
Наработка свыше 30 лет
Отсутствие комплексных методик диагностирования
Устаревшая нормативная база, не учитывающая современное
развитие методов НК
Цель исследований - установить связь повреждения и разрушения
ответственных элементов гидроагрегата с параметрами фазохронометрии.
Задачи
Создание комплексной методики определения фактического состояния ответственных элементов ГЭС методами НК.
Разработка модели связывающей параметры фазохрономертии с дефектами элементов гидроагрегата.
Используемые методы и применяемое оборудование:Используемые методы и применяемое оборудование:
•Ультразвуковая томография: дефектоскоп OmniScan MX-PA1664M с фазированной решеткой •Ультразвуковой контроль: ЭМА толщиномер А1270, установка для измерения поврежденности АИП•Вихретоковый контроль: дефектоскоп вихретоковый ВД-70•Измерение коэрцитивной силы: магнитный структуроскоп КРМ-Ц-К2М•Измерение микротвердости и твердости: цифровой микротвердомер HVS-1000, портативный твердомер ТЭМП-3•Металлографический анализ: портативный комплекс металлографической микроскопии МикроконМет, растровый электронный микроскоп TESCAN VEGA II LSU, комплекс микроскопии ALTAMI MET•Определение механических свойств: испытательная машина Tinius Olsen H100KU•Анализ химического состава•Магнитопорошковый контроль
Ультразвуковой томограф
на фазированных решетках
Omniscan MX
Определение размеров и
координат дефектов в
объеме на всем пути
сканирования.
Методика проведения эксперимента
Портативный металлографический комплекс «СПЕКТР-МЕТ» (МИКРОКОН-МЕТ)
Методика проведения эксперимента
Литые лопатки направляющего аппарата г/а
Сталь 30Л
Срок эксплуатации – более 40 лет
Обнаружены
усталостные
трещины
размерами от 20 до
150 мм
Вес: 7 000 кг, длина 7м.
Срок эксплуатации более 30 лет.
Исследовалось 58 лопаток, на 80% лопаток обнаружены трещины протяженностью от 10 до 40 мм.
Сварные лопатки направляющего аппарата г/а
Трещины и трещиноподобные дефекты в лопатках г/а
h, мм
x, ×100 ммy, ×10 мм
Результаты ультразвуковых исследований
Ступица подпятника г/аТрещины протяженностью до 350 мм и глубиной до 140 мм.
Структура материала ступицы подпятника г/а
Материал: Сталь 45. Ферритная сетка. Включения 3 балл.
Корпус статора гидрогенератораОбследовано: 4 тыс. сварных швов, 90 сварных швов признаны
дефектными. 2,5% поврежденных швов – ощущались сильные вибрации,
г/а был выведен из эксплуатации на капитальный ремонт.
Смещение регулирующего кольца направляющего аппарата г/а
Нержавеющие накладки, упорные планки и само
регулирующее кольцо были частично повреждены
или полностью разрушены.
Принцип фазохронометрической диагностики гидротурбины
kMI taM 04cos
tnbk 0cos
tnbktaMI 000 cos14cos1
tnnI
bkt
I
ak000 sin4sin
4
tnnI
bkt
I
akT
000 sin4sin4
22
а, b – малые параметры, k – коэффициент трения.
Уравнение движения:
Добавка в крутящий момент от рабочего колеса:
Учет трения, связанного с электромагнитным взаимодействием:
Зависимость частоты вращения ротора гидротурбины от времени
1,99996
1,99997
1,99998
1,99999
2
2,00001
2,00002
2,00003
2,00004
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
t, c
f, Гц
1,99996
1,99997
1,99998
1,99999
2
2,00001
2,00002
2,00003
2,00004
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
t , c
f , Гц
1,99996
1,99997
1,99998
1,99999
2
2,00001
2,00002
2,00003
2,00004
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
t, c
f, Гц
t, c
t, c
стационарный случай
случай повреждения одной лопатки
случай смещения кольца направляющего аппарата
Выводы• В лопатках направляющего аппарата имеются дефекты, которые
развиваются в процессе эксплуатации и могут снизить эксплуатационную надежность гидротурбины. Неплотное прилегание лопаток, выход лопаток из строя из-за разрушения срезного пальца, потеря жесткости, повышенный износ основных элементов направляющего аппарата, смещение регулирующего кольца приводят к изменению напора и асимметрии потока воды, поступающей на лопасти рабочего колеса гидротурбины. Изменение условий работы гидротурбины отражается на периоде вращения ротора, который с высокой точностью (10-7 с) может измеряться фазохронометрическим методом.
• Износ трущихся поверхностей регулирующего кольца, нержавеющих накладок и упорных планок может привести к смещению регулирующего кольца направляющего аппарата и ассиметричному отклонению лопаток направляющего аппарата. Изменение кинематических характеристик элементов гидротурбины может регистрироваться в процессе фазохронометрической диагностики.
• Показана возможность по данным фазохронометрических исследований получить оперативную информацию о развитии повреждений лопаток и кольца направляющего аппарата, произвести экспертную оценку и сделать вывод о более детальном контроле поврежденности современными средствами неразрушающего контроля.
Выражаем благодарность главному инженеру «КАМСПЕЦЭНЕРГО» А.Л. Руденко и ген. директору А.И. Байкову за помощь в проведении исследований.
Публикации по теме
1. Руденко А.Л., Байков А.И., Мишакин В.В. Повышение эксплуатационной надежности
лопаток направляющих аппаратов гидротурбин // Безопасность труда в промышленности.
- 2013. - № 4. - С. 68-71 (эксперим., импакт-фактор 0,105).
2. Мишакин В.В., Сорокина С.А., Клюшников В.А., Байков А.И., Руденко А.Л. Исследование
структурного состояния и механических свойств материала лопаток направляющего
аппарата гидроагрегата ГЭС // Гидротехническое строительство, 2012, №5, С. 42–47.
(эксперим., импакт-фактор 0,115).
3. Руденко А.Л., Мишакин В.В. Оценка эффективности мероприятий для повышения
эксплуатационной надежности лопаток направляющего аппарата ГЭС при
восстановлении их работоспособности // Прикладная механика и технологии
машиностроения: сборник научных трудов / под ред. В.И. Ерофеева, С.И. Смирнова и Г.К.
Сорокина. – Н.Новгород: Изд-во «Интелсервис», №2 (21), 2012. С. 52–55.
