Стартовая >> Архив >> Генерация >> Новые подходы к оценке ресурса стареющего энергооборудования электростанций

Новые подходы к оценке ресурса стареющего энергооборудования электростанций

Оглавление
Новые подходы к оценке ресурса стареющего энергооборудования электростанций
Вариант определения продольных и поперечных деформаций на паропроводах ТЭС
Универсальность применяемых средств оперативного и дистанционного контроля
ДКР-1
Трубопроводы АЭС

Новые подходы к оценке ресурса стареющего энергооборудования электростанций и модульные принципы создания диагностической аппаратуры

Дьяков А. Ф.,  Канцедапов В. Г., Берлявский Г. П., Злепко В. Ф., Гринь Е. А.

Авторские исследования и исследования, проведенные рядом научно-исследовательских организаций и энергетических компаний, показывают, что механизм повреждаемости и, как следствие, механизм исчерпания рабочего ресурса основных элементов энергооборудования сильно изменился. Особенно это касается энергооборудования, эксплуатируемого на заключительной стадии - стадии предразрушения.
Все больше начинает преобладать спонтанность, чем строгая закономерность. Все чаще наблюдаются пороговые изменения как свойств материала, так и временных показателей развития опасных дефектов [1].
Согласно существующей отраслевой системе технической диагностики, используемой на электростанциях, известно, что контроль металла осуществляется, в основном в периоды капитальных ремонтов, т.е. через 4-5 лет. Такая периодичность контроля сегодня не отвечает современным требованиям, которые должны предъявляться к энергооборудованию, вырабатывающему физический ресурс. К такому виду энергооборудования необходим индивидуальный подход, базирующийся на систематической информации о степени износа конструкций, которую можно получить только за счет использования оперативных и дистанционных диагностических систем и новой методической базы, касающейся оценочных характеристик металла, по которым можно судить о происходящих в процессе эксплуатации изменениях в металле.
Важнейшим фактором также надо считать и достоверность получаемой информации, ее воспроизводимость и точность измерений. Имеющиеся многочисленные исследования, например, по широко используемому методу измерения остаточной деформации паротрубопроводов, работающих в условиях ползучести, с помощью микрометрической скобы (по бобышкам) не соответствуют реальным показателям развития деформационных процессов в твердом теле. Это усредненный показатель, не учитывающий локальных проявлений ползучести вне зоны измерений даже одного сечения трубы.
Негативные тенденции, связанные с существенным влиянием механики разрушения на эффективность существующей системы диагностики энергооборудования, работающего на стадии предразрушения, можно продолжить. Ясно одно - для такого энергооборудования необходима новая нормативная база и новые оперативные средства контроля и диагностики, с помощью которых представится возможным предотвратить серьезные повреждения и продлить срок службы конструктивных элементов до физически возможного предела.
Анализируя результаты собственных исследований и исследований, выполненных другими авторами [2], можно сформулировать ряд синергетических принципов, использование которых позволит лучше понять механизмы повреждаемости, разработать новые оценочные критерии и новые средства их измерения.
Принцип первый. Повреждаемость связана с поэтапной локальной потерей сдвиговой устойчивости среды и изменением исходной структуры металла:
на микроуровне - локальное искажение кристаллической решетки, зарождение дислокаций, их движение в поле максимальных градиентов напряжений;
зарождение очагов пластической деформации до значений Vmaxl;
потеря сдвиговой устойчивости, рост локальной пластической деформации до значений, потеря сдвиговой устойчивости, рост локальной пластической деформации до значений   .
Принцип второй. Повреждаемость на любом масштабном уровне может зарождаться только в локальной зоне исследуемой детали (зоне слабого звена). Системы мониторинга и оперативной диагностики должны базироваться на этом принципе.
Принцип третий. Потеря сдвиговой устойчивости развивается в направлении максимальных касательных напряжений, в зоне локальных концентраторов напряжений.
Принцип четвертый. Пластическая деформация зоны разрушения развивается по стереотипной схеме: релаксационный сдвиг, формирующий зону концентратора напряжений, сопровождаемый упругопластическими автоколебаниями среды, доводя их до разрушения.
Принцип пятый. Пластическое течение повреждаемости сопряжено с образованием микропор, развивающихся до заданных значений, сливающихся в цепочки, преобразующиеся в трещины.
Принцип шестой. Твердое тело можно считать устойчивым к деформации, если оно способно компенсировать изменения собственного объема. Эта способность оценивается коэффициентом поперечной деформации, равной коэффициенту Пуассона при упругой деформации и эффективному коэффициенту Пуассона
Veff при деформации в упругопластической области. При V= 0,5 тело переходит в новое агрегатное состояние.
Диагностические оперативные системы контроля и мониторинга энергооборудования должны учитывать шестой принцип. При его соблюдении и определенной наработке можно полностью отказаться от других многочисленных исследований металла и использования информации предыстории эксплуатации.
Из характеристики шести принципов можно сделать следующие важные обобщающие выводы:

  1. Повреждаемость связана с поэтапной потерей сдвиговой устойчивости среды с зарождением и развитием локальной пластической деформации до максимальных значений эффективного коэффициента Пуассона, равного отношению продольной и поперечной деформации.
  2. Повреждаемость на любом масштабном уровне может зарождаться только в локальной зоне, т.е. в зоне слабого звена. Об этих исследованиях имеются авторские публикации [3] и публикации [4].

Комментируя первые два принципа, можно сказать, что диагностика энергооборудования не может быть тотальным мероприятием, а должна быть целевой и локальной. Поиск зон диагностирования подробно описан в [5]. Зона диагностирования должна соответствовать локальной зоне на элементе энергооборудования, в которой сосредоточены дефекты на микро-, мезо- и макроуровне, значения и характер которых обладают наихудшими показателями. Кроме того, в этой исследуемой зоне могут иметься локализаторы деформации и суммарных напряжений. Это и будет наиболее ослабленный локальный участок на поверхности исследуемой конструкции.
Таких слабых звеньев может быть несколько десятков в зависимости от контролируемого элемента. Такую зону принято называть фрактальным кластером, обладающим соответствующими геометрическими параметрами, которые четко реагируют на проявление возмущающих факторов изменением формы, угловых и линейных параметров. Кластеры по своей природе можно разделить на несколько видов: перколяционный, объемный фрактальный, поверхностный фрактальный [6].

  1. Пластическое течение повреждаемости во многих случаях сопряжено с образованием микропор, развивающихся до критических значений, сливающихся в цепочки пор, преобразующихся в трещины.
  2. Твердое тело можно считать устойчивым к деформациям, если оно способно компенсировать изменения собственного объема. Эта способность оценивается коэффициентом поперечной деформации, соответствующей эффективному коэффициенту Пуассона, равному примерно 0,5 [3].

Известно, что деформационный показатель на трубопроводах ТЭС, эксплуатируемых в условиях ползучести, оценивается остаточной деформацией в заданном сечении трубы. При этом контролируется только показатель поперечной деформации. Деформация по оси паропроводов не контролируется вообще.
Авторы имеют результаты многолетних исследований продольной и поперечной деформации в локальных, наиболее ослабленных зонах паропроводов, показывающие, что эти важнейшие характеристики в полной мере отражают меру исчерпания рабочего ресурса исследуемых труб. Характеристики локальной ползучести в поперечном и продольном направлениях хорошо коррелируют со многими механическими свойствами металла.
Подробно о методике контроля, методах расчета изменяющихся указанных параметров, реперных точек в декартовой системе координат изложено в [7].



 
« Новые аспекты в паротурбинной тематике на конференции ASME International 2001   Новые технические решения при проектировании ВПУ ТЭЦ Куйбышевского НПЗ »
электрические сети