1257951387

16

W okresach pracy ustalonej procesem powodującym zużycie materiału jest pełzanie. Proces ten, objawiający się wzrostem odkształceń i degradacją struktury materiału, mocno uzależniony jest od temperatury i obciążenia.

Przebieg krzywych pełzaniowych pokazanych na rys. 3.3 opisują różne zależności matematyczne, których wybór podano m.in. w [31, 69, 76, 89]. W szczególności II okres pełzania ustalonego opisuje się równaniem Nortona:

e = B oⁿ    (2.3)

gdzie:

£ — prędkość pełzania, o - naprężenia,

B, n - stałe materiałowe.

Konsekwencją procesu pełzania jest ograniczony czas pracy elementu. Wyznaczenie tego czasu, tzn. trwałości elementów turbin t_c jest tematem niniejszej pracy.

Po wyznaczeniu trwałości pełzaniowej t_c elementu przy danym obciążeniu zużycie Z_t wywołane m cyklami pracy przy różnych obciążeniach może być obliczone z zależności:

zt = £ r-    (2.4)

i=l ^ci

Zdefiniowane powyżej zużycia elementów wywołane zmęczeniem niskocy-klicznym Zn oraz pełzaniem Z_t pozwalają wyznaczyć zużycie całkowite elementu Z. W tym celu najczęściej stosuje się zasadę liniowego sumowania uszkodzeń i wtedy [72]

Z — Zjsj + Z_t    (2.5)

Jako graniczną wartość tak zdefiniowanego zużycia przyjmuje się Z = 1.

Badania doświadczalne prowadzone dla różnych materiałów potwierdzają, że wymieniona wartość graniczna może być uznana za wartość konserwatywną [103]. Oprócz przedstawionej powyżej liniowej formuły sumowania uszkodzeń, pewne potwierdzenie w praktyce zyskują formuły nieliniowe o ogólnej postaci [146]

(2.6)

Zn + ^ai (Zn Z_t)^&2 + Z_t - 1

gdzie: aj, a₂ - stałe przyjmujące zazwyczaj wartości odpowiednio 2,

Wymienione powyżej zmęczenie niskocykliczne i pełzanie stanowią dwa główne procesy powodujące zużycie elementów maszyn energetycznych. Oprócz nich w warunkach eksploatacji działają również inne czynniki, a w szczególności erozja i korozja, które mogą powodować zużycie przede wszystkim elementów układu przepływowego turbin.

Dodatkowymi zjawiskami wpływającymi na tempo degradacji są oddziaływania chemiczne (np. utlenianie) środowiska otaczającego oraz czynnika roboczego. Wpływ ten może się ujawniać w postaci obniżania własności materiałowych.

Istotnym problemem jest eksploatacja elementów maszyn zawierających pęknięcia lub wady materiałowe. Propagacja tych pęknięć może limitować trwałość [3, 7, 75, 79, 105, 126, 138]. Zagadnienia te, a w szczególności zachowanie się pęknięć w warunkach pełzania, będą analizowane w pkt 7. pracy.