LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Повзучість та пошкоджуваність осесиметричних конструктивних елементів машин

30ХМА (Т=5000С). На рис. 7 зіставлені криві залежності зміни інтенсивності напружень у часі в точках, де інтенсивність напружень у вихідному стані максимальна й мінімальна, – в точці A(R1,0), розрахункова - крива 1 і дані, наведені в літературі й одержані методом скінчених елементів - крива 2 з маркером . Тут же, аналогічно, представлено криві для зміни інтенсивності напруження у часі в точці B(R2,h), розрахункова - крива 3 і дані МСЕ - крива 4 з маркером Д. Помітимо, що якісно ці залежності не відрізняються, а деяке розходження кількісних даних, менш 10%, має місце для точки А ротора, що пояснюється наявністю погрішностей методів. За представленими даними можна зробити висновок про те, що час встановлення інтенсивності напружень у роторі становить приблизно 10 годин. Наведено розрахункові дані про зміну на інтервалі 10 годин радіальних переміщень у точці А - крива 1, а також осьових переміщень у точках B - крива 2 і C(R1,h) - крива 3. Тут же, маркерами позначено дані, які одержані методом скінчених елементів.

Для визначення експлуатаційного ресурсу ротора з матеріалу 30ХМ (Т=5000С) розрахунки виконано з урахуванням пошкоджуваності внаслідок повзучості, аж до закінчення прихованого руйнування. Окремі результати цих досліджень приведено на рис. 8, де ліворуч надано розподіли радіальних та окружних напружень у центральному поперечному перерізі (І - І) і на краю ротора (ІІ - ІІ) при t = 0 год., а праворуч – перед руйнуванням: t2 = 44 589 год. (*=0.8).


Рис. 8. Розподіл напружень по перерізам ротора

Розрахунками встановлено час до закінчення прихованого руйнування – t2 = 44 589 год., місце руйнування в околиці точці A(R1,0) й закономірності в перерозподілі напружень за часом.

Далі, у розділі представлено нові результати для несталої повзучості обертових дисків, змінної товщини, включаючи закономірності в зміні напружено-деформованого стану, внаслідок пошкоджуваності матеріалу, і часу до завершення прихованого руйнування. Дані розрахунків свідчать про значний вплив форми перетину диска на час до руйнування.

Так, наприклад, при збереженні об'єму дисків, час до руйнування диска двохступеневої товщини практично втроє більший, ніж для диска постійної товщини. Окремі чисельні результати для диска турбіни з матеріалу ХН77ТЮР (7000С) при =8200 кг/м3, частоті обертання – n=11620 об/хв. та контактного тиску від лопаток – p=122.6 МПа наведені на рис. 9 – 11. Для диска постійної товщини при R1=0.0765 м, R2=0.2379 м, h=0.0216 м розрахункові дані представлено на рис. 9, а для диска двохступеневої товщини при R1=0.0765 м, R2=0.1425 м, R3=0.2379 м, 2h=0.06 м, 2c=0.0263 м в межах R1 r R2, -h z h – на рис. 10, а в межах R2 r R3, -c z c – на рис. 11.


Рис. 9. а) t = 0 год., б) перед руйнуванням, t2=125 год.


Рис. 10. а) t = 0 год., б) перед руйнуванням, t2=342 год.


Рис. 11. а) t = 0 год., б) перед руйнуванням, t2=342 год.

Деформування в умовах повзучості супроводжується перерозподілом напружень у перетині і уздовж радіуса диска, що призводить до якісної і кількісної зміни максимальних окружних напружень у часі. Перерозподілу осьових і дотичних напружень практично не відбувається. Рівень абсолютних значень осьових напружень не перевищує 60 МПа, а дотичних – 100 МПа. Спостерігається значний ріст переміщень у радіальному напрямку диска, що сприяє виборові зазору між кінцевим перетином лопаток і корпусом турбіни. Точка, у якій значення параметра пошкоджуваності максимальні, спочатку міститься на внутрішньому радіусі диска і з часом декілька зміщується до центру. Розрахункові дані дозволяють: встановити незворотне формоутворення роторів і дисків турбомашин, спрогнозувати термін служби.

У п'ятому розділі розглянуто повзучість і релаксацію контактних напружень ущільнювальних елементів, що забезпечують герметичність корпусу, та є складовою частиною затвору, призначеного для зборки і розбирання з'єднань. Кріпильні елементи затвору сприймають зовнішні навантаження, наприклад, дію робочого середовища, і утримують складові частини затвору в робочому положенні. При високих температурах в ущільнювальних з'єднаннях має місце релаксація контактних напружень і руйнування внаслідок повзучості, що впливає на герметичність з'єднань.

У дослідженнях розглянуто повзучість ущільнювальних з'єднань із прокладками у вигляді ущільнювальних кілець прямокутного і трикутного перетинів з алюмінієвих сплавів, міді і сталі, що найбільше використовуються у техніці. Вивчено питання повзучості і релаксації контактних напружень ущільнювальних кілець прямокутного перетину в умовах взаємодії зі стінками затвору при повному і частковому зчепленні точок контактуючих поверхонь.

Закономірності повзучості представлено у вигляді змін полів напружень і переміщень за часом аж до закінчення прихованого руйнування. Ці дані дозволяють встановити, що повне зчеплення точок контактуючих поверхонь значно скорочує час до руйнування (практично втричі) ущільнювального кільця.






Рис. 12. Кільце трикутного перетину

Далі розглянуто розрахунки повзучості ущільнювальних з'єднань з ущільнювальним кільцем трикутного перетину, що надано на рис. 12.

Спочатку досліджено збіжність рішень за порівнянням з відомими даними для пружного деформування.

Далі досліджено повзучість прокладок зі сталі 20 (Т=500 0С) під тиском p=100 МПа. Розрахунки повзучості ущільнювальних кілець з урахуванням пошкоджуваності приведено на рис. 13 у вигляді перерозподілу нормальних та дотичних напружень.


Рис. 13. Релаксація нормальних та дотичних напружень

Аналіз одержаних результатів дозволив зробити висновок про істотний перерозподіл полів нормальних і дотичних напружень, ослаблення з'єднань за рахунок зниження рівня контактних напружень за часом, особливо на краях кільця, що сприяє розгерметизації затвору. Повзучість сприяє значному росту переміщень у крайніх точках внутрішньої поверхні кільця. З аналізу результатів зроблено висновок про вплив форми і матеріалу ущільнювального кільця на перерозподіли напружень і час до руйнування. Ущільнювальні кільця з компенсованою площею трикутного перетину в порівнянні з плоскими при рівності площ поперечного переріза мають більший ресурс.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-практичної задачі щодо розробки розрахункового методу оцінки конструкційної міцності та довговічності осесиметричних конструктивних елементів технологічних та енергетичних машин, які деформуються в умовах повзучості з пошкоджуваністю при дії зовнішніх тисків та об'ємних відцентрових сил. Основні результати дисертаційної роботи:

1. Запропоновано розрахунковий метод оцінки конструкційної міцності та довговічності, з