Влияние питтинговой поврежденности поверхности образцов из стали 20Х13 на рост усталостных трещин

Александра [Aleksandra] Ивановна [I.] Лебедева [Lebedeva]; Алексей [Aleksey] Феликсович [F.] Медников [Mednikov]; Владислав [Vladislav] Романович [R.] Мосин [Mosin]

doi:10.24160/1993-6982-2022-2-70-76

Александра [Aleksandra] Ивановна [I.] Лебедева [Lebedeva]
Алексей [Aleksey] Феликсович [F.] Медников [Mednikov]
Владислав [Vladislav] Романович [R.] Мосин [Mosin]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-2-70-76

Ключевые слова: лопаточная сталь, язвенная поврежденность, усталостные нагружение и трещина

Аннотация

Поврежденность поверхности рабочих лопаток паровых турбин питтингом и язвами существенно снижает их сопротивление усталости и ведет к разрушению вследствие развития усталостных трещин. Для определения ресурса работы лопаток или вероятности их поломки необходимы данные, позволяющие оценить влияние степени и характера повреждения их поверхности на сопротивление усталости. Если рабочая лопатка в нерасчетном режиме эксплуатации прошла зону повышенных амплитуд напряжений при известном числе циклов, то можно установить меру усталостной поврежденности материала лопатки. Если же амплитуды напряжений не превышали предела выносливости (с учетом коэффициента запаса и величины асимметрии цикла нагружения), то в материале лопатки усталостные трещины, приводящие к ее разрушению, не появлялись, и случае нахождения амплитуды напряжений и соответствующего числа циклов в зоне левее линии Френча не возникла необратимая усталостная поврежденность в материале лопатки. Актуальна задача определения длин усталостных трещин, образующихся у дна язвы, в зависимости от величины амплитуды напряжений и числа циклов наработки. Это позволит оценить величину поврежденного слоя и удалив его, восстановить сопротивление усталости лопатки.

Представлены результаты исследований трещиностойкости при усталостном нагружении образцов из лопаточной стали 20Х13 с искусственно созданной язвенной поврежденностью поверхности. Подтверждена применимость использования расчетных зависимостей для оценки линии Френча для образцов с начальной язвенной поврежденностью, и получена оценка поврежденного слоя металла у дна язв в зависимости от величины амплитуды напряжений и числа циклов наработки. Выявлена длина, при которой трещина подлежит удалению для восстановления ресурса лопаточного аппарата.

Сведения об авторах

Александра [Aleksandra] Ивановна [I.] Лебедева [Lebedeva]

кандидат технических наук, доцент научно-образовательного центра «Экология энергетики» НИУ «МЭИ», e-mail: ailebedewa@yandex.ru

Алексей [Aleksey] Феликсович [F.] Медников [Mednikov]

кандидат технических наук, доцент кафедры паровых и газовых турбин им. А.В. Щегляева НИУ «МЭИ», e-mail: MednikovAlF@mpei.ru

Владислав [Vladislav] Романович [R.] Мосин [Mosin]

студент НИУ «МЭИ», e-mail: MosinVR@mpei.ru

Литература

1. Рыженков В.А., Лебедева А.И., Медников А.Ф. Современное состояние и способы решения проблемы эрозионного износа лопаток влажно-паровых ступеней турбин // Теплоэнергетика. 2011. № 9. С. 8—13.
2. Чернецкий Н.С. Коррозионные повреждения лопаток турбин // Теплоэнергетика. 1984. № 4. С. 68—71.
3. Орлик В.Г. Снижение абразивной эрозии турбинных ступеней перегретого пара // Электрические станции. 2008. № 12. С. 33—41.
4. ГОСТ 34497—2018. Лопатки паровых турбин. Основные требования по замене.
5. Лебедева А.И., Соколов В.С., Резинских В.Ф., Богачев А.Ф. Влияние язвенной коррозии на сопротивление усталости лопаточных материалов // Теплоэнергетика. 1992. № 2. С. 11—14.
6. Шлянников В.Н., Яруллин Р.Р., Захаров А.П. Влияние защитных покрытий на характеристики сопротивления деформированию и разрушению материала лопаток паровых турбин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. № 82(3). С. 53—59.
7. Иванова В.С., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975.
8. Иванова В.С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургиздат, 1963.
9. Лебедева А.И., Настека Д.В. Современные методы восстановления лопаток паровых турбин // Электрические станции. 2018. № 8. С. 19—24.
---
Для цитирования: Лебедева А.И., Медников А.Ф., Мосин В.Р. Влияние питтинговой поврежденности поверхности образцов из стали 20Х13 на рост усталостных трещин // Вестник МЭИ. 2022. № 2. С. 70—76. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-70-76.
#
1. Ryzhenkov V.A., Lebedeva A.I., Mednikov A.F. Sovremennoe Sostoyanie i Sposoby Resheniya Problemy Erozionnogo Iznosa Lopatok Vlazhno-parovyh Stupenej Turbin. Teploenergetika. 2011;9:8—13. (in Russian).
2. Cherneckij N.S. Korrozionnye Povrezhdeniya Lopatok Turbin. Teploenergetika. 1984;4:68—71. (in Russian).
3. Orlik V.G. Snizhenie Abrazivnoj Erozii Turbinnyh Stupenej Peregretogo Para. Elektricheskie stancii. 2008;12:33—41. (in Russian).
4. GOST 34497—2018. Lopatki Parovyh Turbin. Osnovnye Trebovaniya po Zamene. (in Russian).
5. Lebedeva A.I., Sokolov V.S., Rezinskih V.F., Bogachev A.F. Vliyanie Yazvennoj Korrozii na Soprotivlenie Ustalosti Lopatochnyh Materialov. Teploenergetika. 1992;2:11—14. (in Russian).
6. Shlyannikov V.N., Yarullin R.R., Zaharov A.P. Vliyanie Zashchitnyh Pokrytij na Harakteristiki Soprotivleniya Deformirovaniyu i Razrusheniyu Materiala Lopatok Parovyh Turbin. Zavodskaya Laboratoriya. Diagnostika Materialov. 2016;82(3):53—59. (in Russian).
7. Ivanova V.S., Terent'ev V.F. Priroda Ustalosti Metallov. M.: Metallurgiya, 1975. (in Russian).
8. Ivanova V.S. Ustalostnoe Razrushenie Metallov. M.: Metallurgizdat, 1963. (in Russian).
9. Lebedeva A.I., Nasteka D.V. Sovremennye Metody Vosstanovleniya Lopatok Parovyh Turbin. Elektricheskie Stancii. 2018;8:19—24. (in Russian).
---
For citation: Lebedeva A.I., Mednikov A.F., Mosin V.R. The Influence of 20Kh13 Steel Specimen Surface Pitting Damage on the Growth of Fatigue Cracks. Bulletin of MPEI. 2022;2:70—76. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-70-76.