Распределение пластических

Вспомогательными факторами трещинообразования и развития дефектов могут быть нарушения в организации воднохимическнх режимов и некоторые недостатки внутрикотловых устройств: плохое распределение питательной воды по водяному объему барабана, особенно при переходных режимах; неудовлетворительная организация смывания днищ котловой водой; приварка элементов внутри-котловых устройств длинными швами к внутренней поверхности барабанов, особенно, когда эти швы находятся в зоне повышенной напряженности металла около очков или около основных швов.

Трещины в барабанах этих котлов могут появляться на чистом ^металле, в сварных швах и особенно вблизи вальцовочных отверстий и приварных к ним штуцерах, металл которых испытывает повышенные растягивающие напряжения и частые их колебания. Развитию этих повреждений в большой степени способствуют частые остановы и пуски котлов, неудовлетворительное распределение питательной воды в барабанах и состояние металла: наличие окалины на его поверхности, дефектов в структуре и сварке, а также нарушения технологии термообработки. Подобный вид коррозии выявлен на многих отечественных и зарубежных электростанциях.

Причиной повреждений котла была неудовлетворительная эксплуатация: частые остановки из-за неполадок топливоподачи, резкие колебания нагрузки с частыми форсировками, неравномерное питание водой. Котловая вода была агрессивной — относительная щелочность ее составляла 70—80%- Распределение питательной воды в барабане утопленным корытом со скосом в сторону опускных труб приводило к тому, что питательная вода, имевшая температуру 40— 60° С, так как деаэратор не работал, попадала на заднюю стенку верхнего барабана и места вальцовки труб. В то же время, неторкретированная передняя часть барабана омывалась горячими топочными газами. Возникавшая значительная переменная по величине разность температуры стенок барабана вызывала дополнительные механические напряжения и его коробление. Нижний барабан также испытывал при растопке значительные напряжения из-за отсутствия устройства парового подогрева.

Межкристаллитные трещины на котлах ТКЗ были обнаружены после 14, а у котла НЗЛ-2 после 11 лет эксплуатации, которая велась неудовлетворительно: устройствами для парового растопочного разогрева нижних барабанов котлов не пользовались; распределение питательной воды в котлах было несовершенным — корыта со свободным еливом на стенки барабана, защитных рубашек на штуде-рах ввода питательной воды в барабаны не было; питание котлон

Важнейшим элементе»! внутр.нкотлового устройства является распределение питательной воды в барабане. До недавнего времени применялись почти исключительно питательные корыта погруженного типа или со сливом воды на зеркало испарения, как правило, не обеспечивающие хорошего перемешивания питательной воды с циркуляционным потоком котловой воды.

наружены и в нижнем барабане, не имевшем устройств для подогрева воды при растопках; вследствие этого в 1946 г. был сменен нижний, а в 1949 г. — верхний барабаны котла. Причиной повреждений котла была неудовлетворительная эксплуатация. Он часто останавливался из-за неполадок тошшвопода-чи, часто сильно форсировался, нагрузка его резко колебалась, питание водой было неравномерным. Котловая вода была агрессивной — относительная щелочность ее составляла 70--80%. Распределение питательной воды в барабане посредством утопленного корыта со скосом в сторону опускных труб (рис.34) приводило к тому, что питательная вода с температурой 40— 60°С (деаэратор не работал) попадала на заднюю сторону верхнего барабана к местам вальцовки труб. В то же время неторкретированная передняя часть барабана омывалась горячими топочными газами. Систематически возникавшая, значительная, переменная по величине, разность температур стенок барабана вызывала дополнительные механические напрях<ения и коробление барабана. Нижний 'барабан также испытывал при растопках значительные напряжения из-за отсутствия устройства парового подогрева.

Расследование условий работы котлов за время их эксплуатации показало ее серьезные дефекты. До 1943 г. водяных экономайзеров в котельной не было, но и после установки экономайзеров, вследствие периодических неполадок с дымососами, их часто выключали и питали котлы водой с температурой 50—60°С; имелись случаи упусков и перекачек воды; часто происходили неполадки с решетками топок Каблиц и вынужденные остановки котлов. Из-за перебоев в поступлении топлива и работы с незаполненными бункерами в топки иногда поступал холодный воздух; на котлах не было устройств для парового разогрева нижних барабанов при растопке; штуцера вводов питательной воды в барабаны котлов не имели защитных рубашек, а распределение питательной воды в барабанах осуществлялось через корыта с косым сливом. Все это создавало в металле барабанов значительные местные дополнительные напряжения термического характера.

Межкристаллитные трещины на котле ТКЗ были обнаружены после 14 лет, а у котла НЗЛ-2 после 11 лет эксплуатации. Необходимо отметить, что до 1949 г. эксплуатация котлов велась неудовлетворительно. Устройствами для парового растопочного разогрева нижних барабанов котлов не пользовались; распределение питательной воды в котлах было несовершенным

6. На ТЭЦ установлены три котла НЗЛ-2 изготовления о? г7 п°верхностью нагрева по 450 м* с давлением пара 22 к!/см''. Два котла были пущены в работу в 1935—1936 гг один в 1942 г. Добавка умягченной (содо-известковым методом) воды достигала 42%. Распределение питательной воды в верхнем оарабане осуществлялось неудовлетворительно, аналогично показанному на рис. 34, Эксплуатация котлов велась неудовлетворительно. Растопочным паровым подогревом нижних барабанов не пользовались; питание котлов было неравномерным, нагрузка сильно колебалась. На котлах периодически наблюдалось появление кольцевых трещин на кипятильных трубах. В конце 1951 г. при гидравлическом испытании одного из котлов было обнаружено «потение» в заклепочных швах

7. В котельной 15 лет работали два четырехбарабанных котла типа Гарбе — Юмт поверхностью нагрева по 400 мг, рабочим давлением 21 кГ/см2; котлы питались конденсатом с добавлением воды, умягченной в содо-известковой установке. В 1952 г. в связи с расширением котельной была введена в эксплуатацию натрий-катионитовая водоочистка. Эксплуатация котлов была неудовлетворительна: из-за неналаженности топ-ливоподачи имели место частые снижения нагрузки, были неоднократные случаи упусков и перекачки воды. Котлы не имели устройств для растопочного разогрева нижних барабанов; ввод и распределение питательной воды в барабанах были несовершенны. В 1954 г. при исследовании одного из котлов при помощи ультразвуковой и магнитной дефектоскопии в его переднем нижнем барабане обнаружено значительное количество трещин, в том числе сквозных, главным образом в местах сопряжения продольного шва с днищем — в накладках, обечайке и днище барабана (рис. 46). Профилактическое обследование котла позволило, таким образом, предотвратить тяжелую аварию.

2-1-10. Устройство вводов питательной воды, подачи в котел химикатов и присоединение труб рециркуляции, а также распределение питательной воды в барабане не должно вызывать местного охлаждения стенок элементов котла.

Рис. 15. Распределение пластических деформаций в образце, испытываемом на изгиб:

Используя модель Дагдейла — Баренблатта и величину Аиу(х, 0), которая представляет собой пластическое перемещение фронта трещины, следуя Раису, можно определить полную поглощенную гистерезисную энергию (форму пластической области и распределение пластических деформаций можно не принимать во внимание):

Форму пластической области и распределение пластических деформаций можно определить непосредственно, пользуясь методом конечных элементов. Это дает возможность численно взять интеграл в (6.47). Такой подход использовал Сиратори и др. [6.39]. Для композитов задача состоит в определении указанной пластической области. В частности, для армированных пластмасс, по-видимому, под этой областью можно понимать область повреждений в окрестностях вершины трещины, в которой ее распространение зависит от вязкости.

Пример напряженного и деформированного состояния в диске турбины показан на рис. 4.7 [4, 14]. Как упоминалось выше, температурные напряжения на ободе в период запуска и стационарной работы сжимающие; суммарные окружные напряжения в этой зоне поэтому оказываются незначительными. Основную нагрузку на обод создают усилия от рабочих лопаток. Как показывает эпюра рис. 4.7, а, наиболее напряженные зоны в диске — у отверстия в ступице и в полотне, где сказывается влияние концентрации напряжений. На рис. 4.7, б показано распределение пластических деформаций по радиусу; как видно, наибольшие деформации развиваются на контуре отверстия в ступице. Зоны перехода в полотне также имеют повышенную деформацию. Кинетика напряженного состояния в течение первых семи циклов, установленная авторами [4, 14], показана на рис. 4.7, в. Как видно из этого рисунка, размах деформаций и их величина в экстремальных точках цикла, а также коэффициент асимметрии цикла деформирования существенно изменяются уже в первых циклах деформирования. Очевидно, что для расчета циклической долговечности следует использовать размах деформаций в стабилизированном цикле, если стабилизация вообще происходит. В ином случае необходимо использовать представления о закономерностях суммирования повреждений от нестационарных нагрузок, например, так, как это будет показано ниже на примере расчета диска малоразмерного газотурбинного двигателя.

именно, критического коэффициента интенсивности напряжений Кс, называемого иногда вязкостью разрушения. Сопротивление материала росту трещины во многом определяется затратами энергии на пластическое деформирование объемов материала или возможное изменение его свойств в ближайшей окрестности вершины трещины. А величина и распределение пластических деформаций, форма и размеры пластически продеформированных областей, как вдоль фронта трещины, так и в удалении от него существенно зависят от многих условий нагружения и размеров рассматриваемого объекта и образца, служащего для определения характеристики трещиностойкости. Поэтому постановке эксперимента по определению значений Кс (или, что в некотором смысле более просто, Ktc) следует уделять много внимания, проводя эксперимент с

Наглядное представление о результатах испытания конкретного образца дает рис.7.3.6, где в верхней части приведены зависимости о — f(V), dF/d/ =
Распределение пластических удлинений волокон определяют снятием профиллограмм каждой из поверхностей разрушения двух половин образца в одной и той же продольной плоскости, проходящей через точки 0}О^О3 (рис.7.4.1,а) [138]. Для этого с помощью индикатора перемещений часового типа с острым щупом-иглой (рис.7.4.1,д) снимаются численные показания о высоте расположения точек профиля относительно плоскости ОО', соответствующей нулю шкалы индикатора. Последующее суммирование парных отсчетов h = hi + hi' в сопряженных точках поверхностей разрыва двух половин образца дает суммарное распределение удлинений волокон вдоль линии измерения (рис.7.4.1,е). При этом участок слева от точки А, соответствующий поверхности усталостной трещины, оказывается практически прямолинейным. Продолжение этой прямой на участке АВ является как бы линией отсчета значений пластических удлинений волокон 8^, сопровождающих продвижение трещины в направлении толщины.

Рис.7.5.2. Распределение пластических деформаций волокон ?>т по толщине перемычки в образцах из сталей, испытанных при Т = 20° С:

стали 15ГБ привело к существенному снижению притупления вершины трещины перед страгаванием (80гш — 0,16 мм) по сравнению с 0,58 мм при +20 °С. При этом подрастание трещины на участке QP после страгивания происходило при несколько снижающейся нагрузке и завершилось наступлением нестабильности трещины, о чем свидетельствует внезапное возрастание скорости dV/dt на несколько порядков, фиксирующее мгновенное разделение образца на две части. Наглядное подтверждение изменения характера разрушения при продвижении трещины в направлении толщины дает распределение пластических удлинений волокон 8^ = F(z) этого образца. Можно видеть, что подрастание трещины на участке QPna Л/= 0,5 мм сопровождалось пластической деформацией всей толщины перемычки, а с момента наступления нестабильности трещины (точка F) дальнейший разрыв происходил хрупко, без каких-либо приращений 8^. Поскольку этому хрупкому разрыву предшествовало развитие макропластических деформаций, то характер разрушения следует классифицировать как вязкохрупкий.

Характерные диаграммы о - V образцов, с поверхностной трещиной в основном металле ИМВ2 приведены на рис.7.5.7,с, распределение пластических удлинений 8^ при расположении трещины в различных зонах сварного соединения показаны на рис. 7.5.7, б,в, г. Особенностью разрушения всех образцов из сплава ИМВ2 является страгивание трещины при крайне низких значениях пластической составляющей 8^ порядка 0,01 мм, что соизмеримо с точностью измерений неровностей поверхности разрыва (0,01 мм) Поэтому при определении положения точки Q на диаграмме а• - V считали, что 8Q ^ = 0,02 мм для всех испытанных образцов.

а — диаграммы о^ - V, б, в, г — распределение пластических удлинений волокон 5т по толщине перемычки в образцах № 1, 8, и 17. Номера образцов соответствуют табл.7.5.4