1257951449

14

Pomimo wspomnianych powyżej różnic długości trwania cyklu pracy, charakteryzują się one również pewnymi cechami wspólnymi. Na początku cyklu pracy następuje rozruch, polegający na doprowadzeniu do maszyny czynnika roboczego o stopniowo zwiększających się parametrach. Tempo podnoszenia parametrów czynnika temperatury, ciśnienia, a także strumienia masy może być różne i jest uzależnione m.in. od początkowego stanu termicznego maszyny. Po osiągnięciu przez czynnik roboczy swych parametrów znamionowych, następuje zazwyczaj okres pracy ustalonej, charakteryzujący się względną stałością parametrów czynnika, jak i stanu termicznego maszyny. Zakończeniem cyklu pracy jest odstawienie maszyny następujące zazwyczaj poprzez odcięcie dopływu czynnika roboczego. Następuje teraz proces stygnięcia naturalnego bądź wymuszonego elementów maszyny.

300.0

250.0

S. 200.0

CU

C 150.0

(D

■N

<o 100.0 Z

50.0

0.0

0    50    100    150    200    250    300

Czas [min]

Rys. 2.2. Przebieg maksymalnych naprężeń w wybranych punktach wirnika SP: a - tarcza

I stopnia, b - obszar uszczelnienia, c - otwór centralny

Fig. 2.2. Time variation of effective stresses at selected points of IP rotor: a - 1-st stage disc,

b - seal area, c - central borę

W każdej ze wspomnianych faz pracy turbiny na jej elementy działają obciążenia termiczne, masowe i powierzchniowe, przy czym ich wzajemny udział ulega zmianie w trakcie kolejnych faz pracy. W czasie rozruchu czynnikiem decydującym o poziomie naprężeń są obciążenia cieplne. W czasie pracy ustalonej następuje zazwyczaj wyrównanie temperatury, a stan naprężenia wywoływany jest przez inne obciążenia (wirowanie mas, ciśnienie czynnika).

Przykładowy przebieg zmian parametrów czynnika roboczego w czasie rozruchu ze stanu ciepłego turbiny 200 MW pokazano na rys. 2.1. Odpowiadający tym zmianom przebieg maksymalnych naprężeń w wirniku SP pokazano na rys. 2.2. Porównanie tych wykresów wskazuje na powiązanie poziomu naprężeń z prędkością przyrostu temperatury pary.

2.2. Procesy degradacyjne

W każdej z wymienionych faz eksploatacji następuje stopniowa degradacja materiału i utrata trwałości elementów maszyn doprowadzające w efekcie do całkowitego zużycia. W trakcie rozruchu głównym procesem powodującym zużycie jest zmęczenie niskocykliczne. Wielkość tego zużycia uzależniona jest od amplitudy naprężeń lub odkształceń i dla danego materiału może być oceniana na podstawie charakterystyk materiałowych podających zależność amplitudy odkształcenia Ae oraz dopuszczalnej liczby cykli N_f. Powszechnie znaną aproksymacją takich zależności jest równanie Mansona-Coffina [26]

Ae = ^ + A_ep = |N_f“ + BN_fP    (2.1)

gdzie:

Aa - amplituda naprężeń,

Ae - amplituda odkształceń całkowitych,

Ae_p - amplituda odkształceń plastycznych,

E - moduł Younga,

A, B, a, P - stałe materiałowe zależne od temperatury.

Zużycie wywołane N cyklami pracy o danej amplitudzie odkształceń Ae będzie równe ułamkowi N/Nf. Jeżeli w trakcie eksploatacji w elementach maszyny pojawi się K różnych wartości amplitud odkształceń, to stosując zasadę liniowego sumowania uszkodzeń Palmgrena-Minera całkowite zużycie Zn możemy obliczyć jako następującą sumę:

i=i

(2.2)