Диссертация (Расчетно-экспериментальные методы исследования технологических напряжений и деформаций в неразъемных трубных соединениях энергоустановок), страница 2

Выполнение программы позволит к2020-му году увеличить долю производства электроэнергии на АЭС до 20 ÷30% в целом по стране и до 30 ÷ 40% в европейской части России.Решение отмеченных задач возможно при создании установок илистроительстве АЭС, содержащих в основном агрегаты, включающие новые1Постановление Правительства РФ от 2 июня 2014 г. № 506-12 «Об утверждении государственнойпрограммы Российской Федерации «Развитие атомного энергопромышленного комплекса»7теплообменные аппараты с большим количеством труб, только в случаегарантированного высокого качества изготовления как самих аппаратов, таки узлов крепления труб.Одной из сложнейших и ответственных технологических операцийизготовления трубных пучков теплообменных аппаратов является креплениетруб в трубных решетках (досках, коллекторах).

Так, для реализацииотмеченной правительственной программы потребуется ввести в строй до 35парогенераторов типа ПГВ-1000, в которых необходимо изготовить порядка800000 узлов крепления теплообменных труб. Они могут выполняться спомощью взрыва, гидравлической раздачи, роликового вальцевания, сварки,а в ряде случаев комбинацией этих операций. Создание такого неразъемногосоединениявключаетупругопластическоедеформированиетрубы,приводящее к увеличению ее диаметров и созданию требуемого контактногонапряжениямеждусопрягаемымиповерхностями,обеспечивающихполучение соединения с натягом.Широкоприменяемоероликовоевальцеваниесопровождаетсяциклическими профилегибочными процессами и связанными с этимдинамическими явлениями в технологическом оборудовании, оказывающимивоздействие на исходный процесс в сочетании с возникающим остаточнымнапряженным состоянием конструкции.

Ещё на стадии изготовления, имеютместо сложное нагружение, неравномерная деформация металла в зонеконтакта, концентрация технологических напряжений в окрестностяхсоединения, высокоградиентное напряженное состояние узла крепления,ведущее при определенных условиях как к неплотному соединению трубы струбной доской, так и образованию технологических дефектов в видедеформативности, трещин, шелушения, коррозии и пр.Кроме этого, теплообменные процессы в аппаратах сопровождаютсяколебаниями нагрузки и температуры, выпадением осадка. На трубы впоперечном и осевом направлениях действуют переменные силы.

Сочетаниеколебанийсиловыхфакторов,наличие8илиобразованиемеждуконтактирующими поверхностями щелей, в которые проникает осадок втечение достаточно длительного интервала времени, либо приводит кщелевойкоррозииспоследующейразгерметизациейтеплообменныхконтуров, либо к быстрой потере плотности и прочности узла креплениятруб. В обоих случаях происходит потеря несущей способности агрегатов,радиоактивное загрязнение оборудования и трубопроводов, выход из строяоборудования.Устранениепоследствийподобныхситуацийтребуетмногомиллиардных затрат.Следует отметить также, что основными тенденциями развитияотечественногоимировогоатомногомашиностроенияявляетсяиспользование новых материалов для теплоносителей, биметаллическихтруб, однослойных труб разных размеров и форм, способных существенноповысить удельную мощность агрегатов.

При этом проблема ресурса,надежности и безопасности оборудования атомных энергоустановок (АЭУ)становится все более важной, если не превалирующей. Для такихконструкций методы закрепления труб еще не разработаны, посколькуотсутствует оборудование и инструменты. Назревшая необходимостьвнедрения современных технологий требует разработки инструментальнотехнологического комплекса нового поколения.Кроме этого теоретические модели для новых трубных конструкций срезким изменением профиля в сечении (шестигранным и пр.), из новыхматериалов, включая многослойные и разнородные материалы, слаборазработаны.

Эти вопросы освещены в упрощенной постановке, в основном,безучетадинамическихпрофилегибочныхпроцессовивлиянияинструментально-технологического комплекса на прочность и качествополучаемых неразъемных соединений. Отсутствует единая концепцияоценки напряженно-деформированного состояния (НДС) узлов креплениятрубикачественныхпоказателей(деформативности,герметичности,прочности) с учетом выбора рациональных технологий закрепления иприменения производственного оборудования.9Создание инновационных методов закрепления труб различнойконструктивной формы из перспективных материалов на основе новыхконструкторских и технологических решений возможно только послепроведениякомплексныхисследований,способствующихнаучнообоснованному выбору тех или иных способов производства.

Такой подходтакжеспособствуетсоответствуетповышениюсовременнойконкурентоспособностиинновационнойизделийполитикевирамкахПриоритетных направлений развития науки, технологий и техники вРоссийской Федерации, определяемых Перечнем критических технологийРоссийской Федерации, утвержденных Президентом РФ от 7 июля 2011 годаПр-№ 899.Вэтойсвязиразработкарасчетно-экспериментальныхметодовисследования технологических напряжений и деформаций, обусловленныхпрофилегибочныминатягом,позволяетпроцессамивыработатьизготовлениякомплексныетрубныхподходысоединенийксизучениюзакономерностей и связей, динамических процессов в инструментальнотехнологическомкомплексе,напряженно-деформированногосостоянияузлов крепления труб, обусловленные технологиями закрепления, а такжевыработатьметодологиюпоследовательностьисследований,выполнениявключающую,необходимуюрасчетно-экспериментальтныхисследований, выбор или разработку нового оборудования и способовзакрепления, обеспечивающих требуемые прочность и герметичностьсоединения, повышение производительности труда, импортонезависимости,улучшению условий труда и др.Этоспособствуетпроизводствуперспективныхконструкцийтеплообменных аппаратов АЭУ с повышенными энергетическими иэксплуатационными характеристиками.

Отсюда непосредственно вытекаетактуальность темы диссертационной работы.Степень разработанности темы исследования. Вопросы, связанные сразличными аспектами закрепления теплообменных труб рассмотрены в10работах Юзика С.И., Ткаченко Г.П.

и Брифа В.М., Целищева М.Ф.;Гизатулина А.А., Ризванова В.Г., Хабировой Г.Ф.; Даниленко В.Г., ТереховаВ.М., Казанцева А.Г., Судакова В.И. и др.Исследованияобщегонапряженногосостояниявколлекторахпарогенераторов выполняли такие специалисты, как Даничев В.В.; ХалутинА.А., Лякишев С.Л., Шарый Н.В., Семишкин В.П.

Из зарубежных авторов,работы которых опубликованы, следует отметить Krips H., Podhorsky M.,разработавших основы теории гидравлической раздачи труб.На основании работ Ткаченко Г.П. и Брифа В.М., выполненных созначительнымидопущениями,нефтегазохимическойдокументов,отрасливРоссииразработанорегламентирующихпроцессвосновномнесколькороликовогодлянрормативныхвальцеваниятеплообменных труб.Вопросы, связанные с созданием необходимых конфигурации щели иконтакта сопрягаемых поверхностей, рассмотрены в работах Аврутина Р.Д.,Абрамова Е.И.

и др., Киселева П.Г., Прохорова А.М., Сидякина Ю.И.,Овсеенко А.Н., Александрова В.М., Коваленко Е.В., Александровой Н.Н.,Буланова Э.А., Джонсона К., Ишлинского А.Ю., Котеневой Н.В., Лурье А.И.,Mises R., Надаи А., Колесникова К.С., Чичинадзе А.В., Седова Л.И., БиргераИ.А.и др.Вопросы упругой деформации, колебаний ипрочности материаловрассмотрены в работах Феодосьева В.И., Тимошенко С.П., Кац А.М. ,Григолюк Э.И., Фильштинского Л.А., Бабакова И.М., Безухова Н.И., ПоповаЕ.П., Мельникова Н.П.

и др.Вопросы динамики электро-гидро и пневмосистем рассмотрены вработах Чиликина М.Г., Прокофьева В.Н., Попова Д.Н. и др.Следует отметить, что научных публикаций по вопросам закреплениятеплообменных труб крайне мало, поскольку фирмы, выпускающее оборудование для выполнения таких операций не разглашают нюансы своих товарови исследований.

При этом качество соединения оценивают в основном по11радиальной деформации трубы, что является важным, но не достаточнымусловием. В настоящее время многие вопросы, влияющие на качествозакрепления, не рассмотрены. К ним относятся:- технологические напряжения и деформации в самих трубах и вмногогнездныхузлах крепления, обусловленных профилегибочнымипроцессами;- динамика роликового вальцевания, учитывающая циклическиепрофилегибочные процессы;- динамика инструментально-технологического комплекса системы«привод – стержень – исполнительный орган» и связанные с нимикачественные характеристики трубных соединений с натягом.Не разработана методология комплексных исследований НДС узловкрепления теплообменных труб, на основе которой возможно созданиеединого технологического регламента для изготовления ответственныхнеразъемных трубных соединений различной конструктивной формы иперспективных материалов в атомном машиностроении и других отрасляхотечественной экономики.Целью работы является разработка расчетно-экспериментальныхметодовисследованиятехнологическихнапряженийидеформаций,обусловленных профилегибочными процессами изготовления трубныхсоединений с натягом, позволяющих создать с позиции системного подходаметодологию исследований напряженно-деформированного состояния узловкрепления теплообменных труб с учетом влияния инструментальнотехнологического комплекса и его динамики, а также разработка на базепроведенных исследований нового оборудования и инновационных способовзакрепления,обеспечивающихимпортонезависимостьиреализациюперспективных конструкций атомных энергоустановок.Для достижения указанной цели поставлены и решены следующиеосновные задачи:12Разработаны1.итеоретическиобоснованырасчетно-экспериментальные методы исследования напряженно-деформированногосостояния неразъемного соединения «труба – трубная доска», позволяющиеполучить математические модели упругого деформирования трубы, условияее перехода в пластическое состояние и решения по определениюдеформацийитехнологическихнапряженийвузлахкреплениятеплообменных труб при сложном нагружении профилигибочных процессов:роликовым вальцеванием и гидравлической раздачей.2.

Получены аналитические решения по определению интенсивностинапряжений в неразъемном соединении «труба – трубная доска» с учетомпараметров перфорации трубной доски, многогнездности конструкции иособенностей воздействий инструментально-технологического комплекса.3. Изучены профилегибочные процессы при создании неразъемногосоединения «трубная доска (коллектор) – труба» и разработаны вопросымеханики роликовой вальцовки: кинематика; силовые взаимодействия; методоценки работоспособности её рабочих органов. Получены математическиемоделимеханикивальцевания,роликовоговключающиевальцеванияинеобходимыеопределеныусловиякритериипластическогодеформирования трубы для создания неразъемного соединения с натягом стребуемымипараметрамиконструкционныхиэксплуатационныххарактеристик (деформативности, герметичности, прочности, коррозионнойстойкости).4.