Диссертация (1025312), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Расчётом по регрессивным методикам определены основные критериизначимости параметров нанесённых слоев во взаимосвязи с режимамиобработки и механическими свойствами покрытий. Установлено, чтомаксимальный критерий значимости может достигать значений от0,25 до 0,3.3. Показано, что расчётные и экспериментальные значения параметровнанесённого слоя с коэффициентами, находящимися в установленномдиапазоне, обеспечивают максимальную твёрдость и износостойкостьпосле лазерной обработки, превышающие соответствующие значенияматериала валов от 1,7 до 3,7 раз.4. Установлена взаимосвязь структурного и фазового состава покрытия срежимамиобработки,механическимипараметрамисвойствами.покрытияДоказано,иполучаемымичтонаилучшаяизносостойкость достигается при содержании в покрытии фазыкарбида Cr7C3 в количествеот 15,0 до 16,5% и созданиимелкодисперсной структуры с расстоянием между осями дендритоввторого порядка менее 1,8 мкм и шириной дендритов 1,41 мкм.7Практическая значимость работы:1.
Разработанные методики позволяют оперативно, с наименьшейзатратой времени и материалов определять наилучшие режимынанесения покрытий лазерно-порошковым методом.2. Разработанатехнологическаяинструкцияпроведенияпроцессавосстановления валов ГТУ из стали AISI 4340 с использованиемматериала Stellit 6 лазерно - порошковым методом.Методы исследования:Поставленные задачи решались с использованием теоретических иэкспериментальныхметодовисследований.Дляматематическогомоделирования тепловых процессов, проходящих при лазерном воздействии,использовалистандартныйпрограммныйпродуктMATLAB7.11.Металлографические исследования проводили с применением следующегооборудования: отрезной станок Struers Discotom-6, установка для заливкиобразцов Struers CitoPress-20, установка для полировки и шлифовки образцовStruers Tegramin-30, микроскоп Olympus GX51.
Для измерения температурыподогреваподложкиповерхностивпроцесселазернойобработкииспользовался тепловизор Testo 885. Скорость движения частиц в процесселазерной инжекции измеряли высокоскоростной камерой Fastvideo-500M.Достоверность:Достоверность работы обеспечена корректным использованием общихположений фундаментальных наук (уравнения баланса энергии, теплопереноса,массопереноса и т.д.), проверена по известным критериям изучаемых процессови подтверждена экспериментальными данными.Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на научныхсеминарах кафедры «Лазерные технологии в машиностроении» ФГБОУ ВПОМГТУ имени Н.Э. Баумана (Москва, 2015, 2016 гг.), Всероссийской научнотехническойконференции«Студенческаявесна:Машиностроительныетехнологии» (Москва, апрель 2014 г.), Международной научно – техническойконференции «Фотоника 2016» (Москва, 2016 г.).8Публикации:Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в3-х статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.Объём работы:Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводовпо работе и списка литературы из 76 наименований.
Диссертация изложена на146 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков и 52 таблиц.9Глава 1. МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГАЗОТУРБИННЫХУСТАНОВОК1.1. Общие сведения об энергетических газотурбинных установок и ихэлементахТурбины являются высоконагруженными элементами энергетическихгазотурбинных установок (ГТУ), подвергающиеся значительному износу впроцессе эксплуатации. В связи с этим значительное внимание уделяется ихремонту в процессе эксплуатации [1].Одним из наиболее нагруженных элементов турбины является ротор.Ротором называется вращающаяся часть турбины, несущая на себе рабочийлопаточный аппарат, с помощью которого осуществляется преобразованиекинетической и потенциальной энергии рабочей среди (пара, газа) вмеханическую работу путем вращения турбиной подсоединенного к ней роторагенератора или любой другой рабочей машины.
Основными деталями ротораявляются валы, диски и рабочие лопатки. Диски с насаженными на нихлопатками называют также и рабочими колесами [2].В условиях эксплуатации турбины ротор подвергается действиюцентробежных сил, крутящего и изгибающего моментов, растягивающихосевых сил и нагрузки от собственного веса. Лопатки и диски ротора придействии на них возмущающих сил как от рабочей среди (пара, газа), а также ипо другим причинам, работают в условиях вибрации со знакопеременныминагрузками [3].Основной и наиболее нагруженной деталью ротора является его вал.
Навалроторатурбиныдействуют:крутящиймомент,соответствующийпередаваемой турбиной мощности; изгибающий момент от собственного веса ивеса насаженных на него деталей; силы неуравновешенного давления паравдоль оси.Тяжелые условия работы валов и большая ответственность их, с точкизрения обеспечения надежности работы всей турбины, требуют особо10тщательного подхода к выбору материалов способов изготовления заготовок ипоследующей механической обработки, а также методики и средств контролякачества обрабатываемых валов на всех этапах технологического процесса.Кроме этого необходимо рассматривать технологии ремонта валов, так какзамена их на новые весьма дорогостоящая задача.Валы роторов турбин изготовляют из поковок. Поковки для валов,работающих при температуре металла не свыше 450 ºС, изготовляют изуглеродистых и легированных сталей шести категорий (по прочности).Рекомендуемые марки стали согласно отраслевым техническим условиям (ОТУ24-10-004-68) указаны в Таблице 1.1.Таблица 1.1.Механические свойства поковок валов и цельнокованых роторов судовых истационарных паровых турбинМеханические свойства продольных образцов1σВКатегорияВН/мм2δВкг/мм2В%ΨВ%Угол загиба (в град)на оправке d = 40 мм(не менее)Рекомендуемые стали2для работы притемпературах 400-450º СI52052194018035, 40II58058174018034XM1AIII650651540160IV72072154016034XM1A34XM1A, 35XM,V820821440150VI87087134015034XH1M,34XH3M34XH1M34XH1M, 34XH3MВ паровых и газовых турбинах для валов и цельнокованых роторов,работающих при температурах свыше 500º С, где требуется высокий уровеньжарапрочных свойств материала, применяют молибденосодержащие стали,напримерхромомолибденовые,хромомолибденоволфрамованадиевые.хромомолибденованадиевые,При температурах свыше 700º Сприменяют сплавы на никелевой основе, а также на кобальтовой, молибденовойи смещанных основах [59, 60].
Некоторые из марок сталей, наиболее широко11применяемых для деталей роторов, работающих при температурах свыше 500ºС, приведены в Таблице 1.2.Таблица 1.2.Механические свойства поковок валов и цельнокованых роторов паровых игазовых турбинМеханические свойстваσВМарка сталиδВВН/мм2кгс/ммм2В%%рабочейсреди в ºС41- 64535-5401340Закалка при 1050º С в масле,отпуск при 700º СДо 550751545Закалка при 1050º С в масле,отпуск при 680-700º СДо 580583035Закалка при 1100-1130º С ввоздухе; старение при 750º С– 12 чДо 60035Закалка при 1080º С в воде;старение при 850º С – 10 ч;при 700 º С – 50 чДо 650Р2МА69 - 7415-1920Х3МВФ800801Х12ВНМФ7501Х16Н13М2В580650ВТермическая обработкаДвойная нормализация 970990º С и 930-950º С; отпускпри 680-700º С690 –740ХН35ВТΨТемпература65151.2.
Причины аварий ГТУ и турбинБольшинство аварий на электростанциях являются повторяющимися,даже если конструкции станций отличаются [4,5,6].Хотятипичныенаиболеераспространенныепроблемыкаждойэлектростанции логически зависят от моделей, специфических для каждой изустановок, которые составляют электростанцию, можно обобщать ряд аварий, исчитать их постоянными.Большинство аварий газовых турбинных установок связаны с высокимитемпературами, которые используются в камере сгорания и в первых рядахлопаток турбины расширения.
Другая большая группа относится к регулировкепроцесса горения, и таким образом производительность и стабильность12пламени, и оказываются, связанные с этими настройками. Другая часть аварийявляются типичными вращающихся оборудований: вибрации, несоосности и т.д.Происхождения аварий газовых турбинных установок (ГТУ) [7]:- Проблемы материалов, связанных с высокими употребляющимисятемпературами.- Типичные проблемы вращающихся оборудований.- Несоблюдения инструкций по обслуживанию и эксплуатации.Эти аварии связаны с высокими температурами, наличием химическиагрессивной атмосферы, получаемой от сгорания топлива, а также различнымипроблемами износа трущихся частей.
Износу способствует воздействие наматериалвысокоскоростногопотокатвердыхсталкивающихсячастиц,поступающих из внешней или внутренней стороны турбины, давлениидымовых газов на механические элементы или детали, динамическоедлительноетрениемеждуразличнымивращающимисямеханическимиэлементами с различными поверхностными твердостями, среди других [5, 10].На Рис. 1.1 [75] показаны процент аварий, возникающих от различныхпричин.
Как видно на Рис.1.1 наиболее часто возникают аварии, связанные сизносом элементов турбин.Рис. 1.1. Расход за повреждение (% общей суммы)13Для любого рассматриваемого типа машин, знание причин отказов истатистики простоя позволяет определить, какие компоненты заслуживаютболее пристального рассмотрения [2]. В Таблице 1.3 приведены статистическиеданные основных событий отдельных элементов турбин, которые приводят костановке и аварии турбины.Таблица 1.3.Количественное отклонение от нормальной работы элементов энергетическойустановки в годЭлемент установкиЧастота отказовРотор/валПриборыРадиальные подшипникиЛопастиПодшипники тягиУплотнения компрессораОбмотки двигателяДиафрагмыРазные причиныВсе причины22%21%13%8%6%6%3%1%20%100%Средний простой установкиСобытий/годЧасов/год0,44540,4220,2670,16180,1230,1260,06120,0270,40282.00137 часовКак видно из Таблицы 1.3, наибольшие простои наблюдаются дляремонта волов турбины.
Поэтому технологии ремонта должны быть весьмапроизводительными и высококачественными.Наиболее часто валы получают дефекты по следующим причинам. Подпеременными и динамическими нагрузками могут возникнуть усталостныетрещины, которые могут привести к разрушению вала. Эти дефекты в основномвозникают при некачественном изготовлении и термической обработки.Из-за перегрузки и других экстремальных ситуацийвозможноискривление вала или деформации в результате ползучести материала.Таккак валы получают некоторые деформации при нагрузках(деформации под нагрузками на поперечный изгиб и кручение вала) в процессевращения в них возникают собственные частоты колебаний. Когда скорость14вращения вала приближается или совпадает с одной из критических скоростей(при наличии собственных частот) вал входит в резонанс, за счёт чеговозникают высокие колебания и вибрации, которые могут привести к авариям.Наиболее часто появляющимися причинами аварий является износ валовв зоне контакта с подшипниками.Изнашивание - это процесс удаления или разрушения материала наповерхности детали при трении.
В свою очередьтрение – это процессвзаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо придвижении тела в газообразной или жидкой среде [8].Результатом изнашивания является износ, выраженный в установленныхединицах (длины, объема или массы). Величина износа, отнесенная к единицепути трения, называется интенсивностью изнашивания. Часто процессизнашивания описывают именно интенсивностью.Величина,обратнаяинтенсивностиизнашивания,называетсяизносостойкостью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
