Причины снижения несущей способности конструктивных элементов гидротурбин при длительной эксплуатации

Евгения [Evgeniya] Викторовна [V.] Георгиевская [Georgievskaya]

doi:10.24160/1993-6982-2017-2-12-19

Евгения [Evgeniya] Викторовна [V.] Георгиевская [Georgievskaya]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2017-2-12-19

Ключевые слова: гидроагрегат, гидротурбина, несущая способность, предельное состояние, дефект, трещина, резонанс, рабочее колесо, усталостные повреждения, ресурс

Аннотация

Основным механизмом возникновения и развития трещин в лопастной системе вертикальных гидроагрегатов как в приработочный период, так и после длительной эксплуатации на стадии исчерпания ресурса, является накопление усталостных повреждений. Однако причины, местоположение и механизм зарождения, а также скорость развития трещин на ранней стадии эксплуатации и за пределами проектного срока службы существенно различаются. Это не позволяет использовать опыт борьбы с трещинообразованием на лопастях рабочих колес гидротурбин, успешно применяемый в приработочный период, для прогнозирования времени появления дефектов и скорости их развития после продолжительной эксплуатации. В приработочный период развитие разрушений преимущественно связано либо с наличием исходных дефектов и больших концентраторов напряжений геометрического или технологического происхождения, либо с наличием непроектных нагрузок на оборудование. Обычно в этот период разрушение развивается достаточно быстро и не повторяется после проведения восстановительного ремонта и устранения причин его возникновения. На запроектных сроках эксплуатации повреждения развиваются по другим сценариям: накопление повреждений происходит постепенно под действием относительно небольших динамических нагрузок и сопровождается необратимыми изменениями в состоянии металла. В конечном итоге это приводит к потере несущей способности какого-либо элемента гидротурбины. Иногда этот процесс может продолжаться десятки лет. Особенно актуальной проблема снижения несущей способности ответственных элементов гидротурбины становится при сверхдлительных сроках эксплуатации, превышающих 300 тыс. ч, что соответствует примерно 40 годам эксплуатации. В статье на примере основного ресурсоопределяющего элемента гидротурбины — рабочего колеса — приводятся главные причины снижения его несущей способности, что сказывается на ресурсе гидротурбины в целом. Все эти обстоятельства, учитывающие индивидуальные конструктивные и эксплуатационные особенности гидроагрегата, необходимо принимать в расчет при проведении оценки времени появления и скорости развития трещин за пределами проектного срока службы.

Сведения об авторе

Евгения [Evgeniya] Викторовна [V.] Георгиевская [Georgievskaya]

Учёная степень: кандидат физико-математических наук

Место работы: ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова»

Должность: зав. лабораторией прочности турбин ТЭС, АЭС и ГЭС

Литература

1. ГОСТ 27.002—89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

2. СТО РусГидро 02.03.77—2011. Гидроэлектростанции. Правила продления срока службы основного оборудования в процессе эксплуатации. Нормы и требования.

3. Коган Ф.Л. Аномальные режимы работы и надежность современных гидроагрегатов // Гидротехническое строительство. 2010. № 4. С. 46—51.

4. Иванченко И.П., Потемкин А.А. Надежность лопастных систем гидротурбин // Энергетическое машиностроение (НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ). 1986. № 1.

5. Müller A., Favrel A., Landry C, Yamamoto K, Avellan F. On the Physical Mechanisms Governing Self-Excited Pressure Surge in Francis Turbines // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2014. V. 22. No 3. 2014. Рр. 32034—32041.

6. Wouden A.M., Lewis B.J., Cimbala J.M. Wicket Gate Trailing-Edge Blowing: а Method For Improving Off-Design Hydroturbine Performance by Adjusting the Runner Inlet Swirl Angle // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2014. V. 22. No 1. Рр. 12021—12031.

7. Amiri K., Mulu B., Raisee M., Cervantes M.J. Load Variation Effects on the Pressure Fluctuations Exerted on a Kaplan Turbine Runner // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2014. V. 22. No 3. Рр. 32005—32014.

8. Георгиевская Е.В., Смелков Л.Л. Оценка прочности и остаточного ресурса гидротурбин. Проблемы и пути решения // Гидроэнергетика. 2014. № 3. С. 35—39.
#
1. GOST 27.002—89. Nadezhnost' v tekhnike. Osnovnye Ponyatiya. Terminy i Opredeleniya. (in Russian).

2. STO RusGidro 02.03.77—2011. Gidroelektrostantsii. Pravila Prodleniya Sroka Sluzhby Osnovnogo Oborudovaniya v Protsesse Ekspluatatsii. Normy i Trebovaniya. (in Russian).

3. Kogan F.L. Anomal'nye Rezhimy Raboty i Nadezhnost' Sovremennykh Gidroagregatov. Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo. 2010;4:46—51. (in Russian).

4. Ivanchenko I.P., Potemkin A.A. Nadezhnost' Lopastnykh Sistem Gidroturbin. Energeticheskoe Mashinostroenie (NIIE Informenergomash);1986;1. (in Russian).

5. Müller A., Favrel A., Landry C, Yamamoto K, Avellan F. On the Physical Mechanisms Governing Self-Excited Pressure Surge in Francis Turbines. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2014;22;3:32034—32041.

6. Wouden A.M., Lewis B.J., Cimbala J.M. Wicket Gate Trailing-Edge Blowing: a Method For Improving Off-Design Hydroturbine Performance by Adjusting the Runner Inlet Swirl Angle. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2014;22;1:12021—12031.

7. Amiri K., Mulu B., Raisee M., Cervantes M.J. Load Variation Effects on the Pressure Fluctuations Exerted on a Kaplan Turbine Runner. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2014;22;3:32005—32014.

8. Georgievskaya E.V., Smelkov L.L. Otsenka Prochnosti i ostatochnogo Resursa Gidroturbin. Problemy i Puti Resheniya. Gidroenergetika. 2014;3:35—39. (in Russian).