Живучесть паропроводов стареющих ТЭС - База знаний - метрология

ПРИЛОЖЕНИЕ 8
База знаний: основные результаты, выводы, правила, факты

П8.1. Метрология

1. Обоснована целесообразность моделирования жизненного процесса стареющих ТЭС как взаимодействия машинно-человеческих и человеко-машинных систем (МЧС и ЧМС).
2. Введено понятие «метаязык живучесть». Обоснована его необходимость. Определена его структура, включающая основные аксиомы, типы логик и основные понятия проблемно-ориентированного метаязыка.
3. Введено представление о живых мерах, являющихся воплощениями, явными выражениями параметров порядка системы, а в более глубоком смысле — процесса «свертки-развертывания» информации. Минимально предельный случай такой свертки — триединая живая мера (рис. П8.1).
4. Создана феноменология основ теории живучести, в которой в качестве главных феноменов (греч.: phenomenon — являющееся), явлений, характеризующих проблемное своеобразие ОТЖ, определены следующие:
5. частичное или полное «стирание памяти» при удалении части поверхностного слоя и повреждаемых зон в процессе подготовки оборудования к контролю и/или при восстановлении живучести;
6. локальность повреждаемых зон, определяющая тактику и стратегию их контроля и восстановления живучести элементов, содержащих такие повреждения;
7. датчики живучести и трещиностойкости системы повреждений, определенные как допустимые для эксплуатации оборудования, их содержащего. Такие датчики — наиболее информативные средства измерения повреждений в наиболее «слабых звеньях»;

Рис. П8.1. Модель, эталон и оператор «цветок триединства»: I, II, III — аспекты или размерности триединства {например: I — проблема, II — личность, III — средство, О — зона спонтанности, незнания, или: I — нагруженность (напряжение), II — температура, III — время, число циклов, или: I — Мера (метрология), II — Техника (технологический процесс и комплекс технологий), III — Закон (система нормативов, регламентирующих жизнь Меры и Техники); 1-7 — лепестки оператора — размерности проблемной ситуации, в том числе предыстория, свойства, микроповреждения и т. д.

1. «семья» родственных, подобных элементов — важнейшая структурная часть системы контроля и восстановления живучести. Семья, содержащая наиболее поврежденные элементы, — своеобразный «лидер», характеризующий поведение соответствующего множества (парка);
2. мера родства разнородных, на первый взгляд, элементов — мощное средство для прогноза грядущих повреждений однотипного парка на основе результатов исследования аналога. Таковыми глубокими аналогами для парка корпусов цилиндров высокого и среднего давления являются корпуса стопорных клапанов, а для роторов высокого и среднего давления — паропроводы свежего пара;
3. процесс старения ТЭС как метрологический феномен определен таким важнейшим средством познания, который в ОТЖ именуется как «обратная, достоверно формулируемая задача». Здесь достоверность выражена как соответствующий проблемной ситуации минимум различия между модельным решением (прогноз) и фактом. На таком моделировании явно или неявно основаны решения по срокам дальнейшей эксплуатации поврежденных элементов оборудования ТЭС.
4. Созданы, совершенствуются и применяются концепция и метролого-технологическая система локальности повреждаемых зон. Наиболее характерные образцы такой локальности — повреждаемые поверхностные слои (роторы, диски, лопатки, крепеж, паропроводы) и трещиноватые зоны (корпуса и диски в условиях коррозии под напряжением в зонах фазового перехода среды).
5. Для локальных, наиболее повреждаемых зон, содержащих конструкционные концентраторы, определены безразмерные критерии, характеризующие распределения упругих напряжений (три существенно различные области) и необратимых, в том числе упругих, пластических деформаций. Формула Нейбера-Махутова-Биргера, определяющая связь между коэффициентами концентрации упругих и необратимых деформаций, напряжений в точке их максимума, обобщена для локальной зоны. Это позволило создать алгоритм расчета поля повреждений в этой зоне для обоснования толщины и периодичности удаляемого поверхностного слоя при восстановлении живучести.
6. Для поверхностных слоев, особенно в зонах конструкционных концентраторов, в том числе при развитии в них трещин, обосновано действие правила «золотого сечения*.
7. При периодическом восстановлении живучести необходимо удалять часть повреждаемого поверхностного слоя (5у) с периодичностью Ату в соответствии с соотношениями

где 0,38 и 0,62 — классические параметры «золотого сечения».
Иное проявление свойства «золотого сечения» получено при резонансной вибродиагностике цельнокованых роторов. Эффективность резонансного отклика на трещину в роторе достигнута в случае, когда добротность ротора Qp и предельная добротность механической колебательной системы типа «камертон» Qпp связаны соотношением Qp≈0,38Qпp (П8.5)

1. Важнейшим метролого-технологическим средством определения меры живучести локальных повреждаемых зон является датчик живучести. Почти универсальным датчиком живучести является способ микроструктурного мониторинга (микрообразцы).
2. Создана и периодически пополняется система образцов и эталонов микроповреждений и макродефектов соответствующих баз повреждений и компьютерных атласов (портреты микроструктуры, ДАО- и видеопортреты макроповреждений).
3. Создана и систематически совершенствуется система численных моделей, алгоритмов и экспертных правил многообразных задач, определяющих проблематику ОТЖ, в том числе: моделирование полей температур, полей упругих и упруго-пластических деформаций, включая зоны концентраторов, полей повреждений и электропотенциала, зоны дефектов. Создан также теоретический аппарат и эффективный алгоритм определения резонансного отклика на трещины, развивающиеся в роторах со стороны наружной поверхности.
   Результаты исследований, рассмотренные в пп. 1.1-1.6, позволили создать метрологическую часть базы знаний ОТЖ, являющуюся неотъемлемым сущностным элементом отечественной традиции и знания в области тепловой энергетики.
4. Свертка-развертывание базы знаний ОТЖ осуществляется путем поэтапного преобразования информации, содержащейся в научных отчетах, статьях, книгах, диссертациях в иную — целостную энциклопедию «Живучесть стареющих ТЭС». Эта энциклопедия создается как компьютерный интерактивный справочник.
5. Принцип локальности повреждений: основные положения (контроль - восстановление - определение живучести).
6. Исторический аспект проблемы

В объективной науке принцип локальности для механики сплошной упругой, однородной среды сформулирован Сен-Венаном в 1853 г.
Для решения проблемы контроля - восстановления - определения живучести ответственных элементов технических систем существенно то обстоятельство, что принцип Сен-Венана сформулирован для локальности нагружения (силовой локальности). При этом справедливо утверждается: на расстояниях, существенно превышающих наибольший линейный размер области приложения нагрузок, напряжения и деформации пренебрежимо малы.
В дальнейшем этот принцип обобщен и применяется для упругопластических решений.

• Метролого-когнитивный аспект проблемы

Принцип повреждения-разрушения всякой живой системы осознан и освоен практически всеми интеллектуальными системами.
Локальность повреждаемых зон, их неравномерность, неоднородность — важнейшее свойство процесса повреждения.
Даже почти идеально равномерные воздействия (излучение, поле центробежных сил, температурное нагружение и т. д.) вызывают неоднородные, локальные отклики.
Типы локальности:
- локальность нагружения;
- локальность геометрии (конструкционные концентраторы);
- локальность повреждений.
Ключевая роль принципа локальности в теории познания осознается с учетом того, что всякое действие локализовано, в том числе в пространстве и времени. Оно индивидуально, невоспроизводимо.
Особо важный тип локальных действий признан в теории познания как экзистенция. Это понятие характеризует наиболее глубокие сущностные переживания — осознания, т.е. действия, в том числе мысли действия, определяющие Суть.

1.5 Явное решение

Явное решение проблемы обобщения принципа локальности существует для не-однородных, повреждаемых технических систем, содержащих локальное поле по-вреждений.
Решение получено для ответственных элементов оборудования (роторы паровых турбин).
Поверхностный слой определен как часть поверхности, в которой δпр по толщине слоя уменьшается почти на порядок. Для роторов δпр ≈ 0,4-0,5 мм.
• Периодическое восстановление живучести эффективно реализуется на основе понятия «золотого сечения».
Толщина δу и продолжительность периода между указанными удалениями ∆τу определены соотношениями (П8.1) и (П8.2).
Величина Δτпр для роторов высокого и среднего давления турбин ТЭС принята равной 100 тыс. ч.
• Для трещин и концентраторов характер их взаимодействия также определен свойством «золотого сечения» согласно (П8.3).
Необходимая универсальность алгоритмов расчетов для тел с трещинами и кон-центраторами получена при введении понятия особой точки. Определение номинальных напряжений в этой точке позволяет практически при любых нелинейностях нагрузки исключить этот важнейший фактор как существенную переменную. Принципиально важно, что положение особой точки в теле, содержащем трещину или концентратор, связано соотношением (П8.4).
1.6 Свойство «золотого сечения» определяет эффективность резонансной диагностики трещин в роторах. Необходимая эффективность обеспечивается, когда добротность такой колебательной системы, как ротор с трещиной определена соотношением (П8.5). Здесь Qпр — предельная добротность, близкая к добротности камертона, т. е. 4-5 тыс. ч.
1.7 В основах теории живучести обосновано подобие резонансной (амплитудно- частотной характеристики) кривой и статистического распределения (нормального).
Таким образом, понятие экзистенции получило явное решение для случая локальных повреждаемых зон.
1.8 Для роторов турбин ТЭС обобщенный принцип локальности, определяющий процесс контроля - восстановления - определения живучести проверен в процессе натурного эксперимента. В роторе высокого давления турбины К 200-130 ЛМЗ, в зоне придисковой галтели 1-й ступени периодически (не менее 7 раз) удалялась часть поверхностного слоя в соответствии с формулами (П8.2) и (П8.3). При этом контроль микроструктуры с помощью шлифов и реплик позволял удостовериться в эффективном восстановлении живучести (микротрещины размером более 2-3 мм отсутствовали).
1.9 Для расчета полей повреждений в локальных зонах эффективны физико- математические модели, позволяющие описать распределение нелинейных де-формаций, накопленных в таких зонах. Явные выражения для локального поля упругопластических деформаций и повреждений получены и используются в си-стеме индивидуального мониторинга повреждений региональных центров «Жи-вучесть ТЭС».