Оценка фактического состояния металла элементов гидротурбин с применением фазохронометрического метода Москва, 2014 II Всероссийский Форум Техногенные 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 РА
18
Embed
Александр Гончар, Институт проблем машиностроения РАН, г. Нижний Новгород, Василий Мишакин, Институт
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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
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.