Располагаемое теплопадение

Базовыми экспериментами при использовании деформационно-кинетических критериев в форме (1.1.10)—(1.1.12) являются малоцикловые испытания при жестком нагружении и статический разрыв, проводимые с целью построения кривой малоциклового усталостного разрушения и определения располагаемой пластичности

Рассматриваемая гипотеза длительного циклического разрушения учитывает наличие зависимости располагаемой пластичности материала, получаемой в условиях длительных статических испытаний, от времени деформирования при высоких температурах. При этом тип испытания не должен оказывать существенного влияния на зависимость располагаемой пластичности от времени.

Для построения кривой располагаемой пластичности материала использованы данные по длительной пластичности в условиях испытаний на ползучесть (фполз) и статического нагружения с широкой вариацией времен до разрушения (язстат)- На рис. 1.2.3 приведены соответствующие экспериментальные данные. Наблюдается выраженная зависимость располагаемой пластичности от времени, причем в диапазоне времен деформирования до 50ч происходит переход от внутризеренного к межзеренному разрушению. Несколько больший темп охрупчивания характерен для испытаний на ползучесть, однако уже после 25—50 ч разница практически исчезает и происходит стабилизация процесса изменения пластичности. Не наблюдается различия также и в пределах весьма малых времен разрушения.

Отмечаемое обстоятельство более интенсивного изменения располагаемой пластичности в условиях испытаний на ползучесть может быть использовано для получения в переходной области данных, идущих в запас при оценке длительной циклической прочности (см. рис. 1.2.2, а, точки 1).

нагружение с выдержками либо при растяжении — сжатии (рис 1.2.4, а), либо только при сжатии (рис. 1.2.4, б) в условиях промежуточного между ползучестью и релаксацией нагружения. Длительность цикла активного нагружения 1 мин, выдержек 3 мин. Как показывают экспериментальные данные (см. рис. 1.2.4), при наличии в цикле выдержек наблюдается весьма существенное изменение напряжений и деформаций, ^причем накопленная деформация может превышать заданный размах в 2—3 раза и более. Расчет длительной: малоцикловой прочности в соответствии с кинетическими деформационными критериями в форме уравнений (1.2.8), (1.2.9) дает для рассматриваемого случая нагружения хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных (таблица 1.2.1). На рис. 1.2.2, б показаны величины накопленного повреждения для режимов нагружения с выдержками при растяжении и сжатии, а также только при сжатии (точки 4). Характерно, что новые данные укладываются в поле рассеяния точек, соответствующих испытаниям, проведенным в условиях мягкого и жесткого нагружений без выдержек и с выдержками при постоянном напряжении (точки 2). Для расчета величины повреждения использована зависимость располагаемой пластичности от времени, где &j (t) — пластическая деформация при статическом разры-

Рассматриваемая концепция кинетических деформационных критериев малоциклового разрушения предполагает зависимость кривой усталости при жестком высокотемпературном нагружении только от величины располагаемой пластичности материала:

1.2.11, а показаны экспериментальные точки и расчетная кривая усталости по уравнению (1.2.12). Характерно, что опытные данные, полученные при больших временах до разрушения, укладываются на прямую, вычисленную для минимальной величины располагаемой пластичности е/ (?), В диапазоне времен, приводящих к стабилизации располагаемой пластичности материала, не наблюдается снижение долговечности более интенсивное, чем по уравнению (1.2.12).

Следует подчеркнуть, что расчетная кривая усталости, построенная с использованием концепции кинетических деформационных критериев разрушения, предполагается зависящей только от величины располагаемой пластичности материала. В этом случае эффект частоты нагружения и выдержки проявляется только через зависимость располагаемой пластичности от времени и для испытываемого материала дает по параметру длительности цикла кривые усталости типа показанных по параметру частоты нагружения v на рис. 1.2.11, б.

полагаемой пластичности материала необходимо использовать соответствующие корректно полученные данные о пластичности. Представляется, что оптимальным является привлечение результатов экспериментов, выполненных на материале одной плавки с сохранением основных методических подходов (тип испытания, образец, способ нагрева, методика измерения нагрузок и температур, точность аппаратуры) [240]. Для характеристики роли изменения располагаемой пластичности в формировании величин предельного повреждения на рис. 1.2.13 приведены данные расчета повреждений по уравнению типа (1.2.8), (1.2.9) без учета зависимости гз = f(t), т. е. по уравнению, аналогичному (1.2.12). Следует отметить существенное отклонение данных от линейного правила суммирования повреждений.

Предельные числа циклов на стадии образования трещин определяются на основе деформационно-кинетических критериев малоциклового и длительного циклического разрушения (уравнение (1.2.8)) линейным суммированием квазистатических и усталостных повреждений с учетом изменения циклических и односторонне накопленных деформаций по числу циклов и времени, а также изменения во времени располагаемой пластичности материала.

Возможность применения деформационно-кинетических критериев малоцикловой и длительной циклической прочности в условиях неизотермического нагружения должна быть экспериментально обоснована с учетом особенностей, сопровождающих процесс циклического нагружения при переменных температурах. Эти особенности прежде всего связаны с характером изменения во времени и с числом циклов нагружения располагаемой пластичности материала, а также односторонне накопленных и циклических необратимых деформаций.

Очевидно, располагаемое теплопадение при адиабатном истечении газа можно выразить следующим образом:

На рис. 10-13 представлен процесс истечения пара на диаграмме s—i для случая, когда р2/р!<&кр и когда не учитывается трение струек пара друг о друга и о стенки сопла. Обратимому адиабатному истечению пара через расширяющееся сопло соответствует линия /—2 и располагаемое теплопадение hu — i\—iz', при суживающемся сопле пар расширяется в его пределах только до давления ркр, чему соответствует отрезок / — аи располагаемое теплопадение ЛКр = '1— /кр- В действительности ввиду наличия трения процесс истечения пара протекает необратимо и сопровождается увеличением энтропии; поэтому на диаграмме s—t для расширяющегося сопла он условно отображается линией I—2' а для суживающегося сопла — линией / -— а'. В связи с этим полезное теплопадение уменьшается и для расширяющегося сопла составляет Лпол, а для суживающегося h' (см. рис. 10-13).

где ho — располагаемое теплопадение.

fto — располагаемое теплопадение; ftoi — располагаемое теплопадение в сопле: *(. —потери в сопле; Л(—используемое теплопадевие в сопле; Л, —используемое теплопадение в сопле с учетом начальной скорости рабочего тела; hm—располагаемое теплопадение в лопатках: Лл— потери на лопатках; ftj — используемое теплопадение на лопатках; ft0 — полезно использованное теплопадение: CQ/2GOO — начальная кинетическая энергия; р„ U — параметры торможения

Располагаемое теплопадение в рассматриваемом случае с учетом начальной кинетической энергии- потока соответственно возрастает до К. . Под располагаемым теплопадением в данном случае понимают разность энтальпий рабочего тела в начале и конце его изоэнтропного (адиабатного) расширения, т. е. когда этот процесс протекает безо всяких потерь и сообщения рабочему телу тепла или отвода тепла от него. Часть кинетической энергии, теряемой в пределах сопла hc, при отсутствии теплообмена с внешней средой превращается в тепло, воспринимаемое рабочим телом, и поэтому энтальпия его на выходе из сопла повышается. Процесс расширения рабочего тела будет протекать не изоэнтропно, а политропно. При относительно небольших перепадах давления рабочего тела политропа АВ' (рис. 30-2) близка к прямой. В зависимости от величины отношения конечного давления к начальному pi/po==P сопла, как указано в разделе термодинамики, выполняют суживающимися (рис. 30-36), когда это отношение равно или больше критического, и расширяющимися (рис. 30-3,а), если оно меньше критического.

Процесс расширения рабочего тела с учетом влияния перечисленных потерь тепла в одноступенчатой турбине показан на диаграмме s — t (рис. 30-6). Давление рабочего тела перед соплом pi меньше давления перед турбиной ро вследствие потерь в распределительных устройствах, и поэтому располагаемое теплопадение уменьшается на величину hp. Начальная скорость Со условно учтена в виде отрезка ftH = = eg/2000.

Располагаемое теплопадение в ккал/кг . . К. п. д. процесса расширения в ГТА .... Температура уходящих из котельного агрегата

Давление за ступенью в кг/м2 . . Температура за ступенью в °К . . Скорость на выходе в м/сек . . . Работа, отданная в четырех ступенях III группы ступеней, вкгм/кг Располагаемое теплопадение в группе ступеней (среднее для каж- Ръ 4 1 У /г °г 10700 1029 111 28 560 29 100

Со снижением начальной температуры пара располагаемое теплопадение в турбине и на каждой ступени, кроме последней, уменьшается. При неизменной электрической нагрузке растет расход пара. Расчеты показывают, что для промежуточных ступеней при изменении начальной температуры располагаемый тепловой перепад изменяется больше, чем расход пара. В литературе [93] приводятся результаты расчета регулирующей ступени турбины конденсационного типа средних параметров на переменный режим, из которых видно, что при снижении температуры пара с 400 до 380°С располагаемый тепловой перепад уменьшается на 4,8%, между тем как расход пара увеличивается всего на 1,8%. Это приводит к некоторому уменьшению напряжений изгиба в рабочих лопатках от парового потока. Обратная картина получается при повышении начальной температуры пара. В этом случае дополнительным факто-8

Для лопаток последней ступени снижение температуры свежего пара при постоянной электрической нагрузке приводит к увеличению теплового перепада на ступень. Результаты расчетов [93] показывают, что снижение температуры свежего пара с 400 до 380°С повышает располагаемое теплопадение в последней ступени на 1%. Если учесть, что при этом происходит и увеличение пропуска пара через ступень, то перегрузка лопаток составляет примерно 2,5% [93, с. 11]. Дополнительное снижение надежности работы ступени может в этом случае быть и из-за увеличения влажности отработавшего пара.

менной номинальной мощности турбины увеличится расход пара. При этом располагаемое теплопадение на последнюю ступень увеличится. Снижение температуры свежего пара без соответствующего ограничения мощности вызовет перегрузку лопаток последней ступени. Для надежной работы турбины необходимо при снижении температуры свежего пара уменьшить нагрузку на турб'ину. Применение пара с высоким перегревом должно быть согласовано с заводом — изготовителем турбины.