Estimation of Steam Turbine Shafts Fatigue Damage Caused by Torsional Vibrations

В Україні 74 енергоблоки потужністю 150-800 МВт теплових електростанцій із 102 перебувають на межі перевищення паркового ресурсу (220 тис. Годин). З них 17 енергоблоків наближаються до кінця ресурсу парку, а 11 енергоблоків досягли передбачуваного ресурсу (100 тис. Годин). Статистика аварій на електростанціях у різних країнах показує, що більшість з них спричинені тривалим накопиченням збитків від втоми. Серед основних причин пошкодження втоми - пульсація високотемпературних потоків пари в циліндрах турбіни, поперечні та крутильні коливання валів при тривалій експлуатації тощо. Це обумовлює розробку обчислювальних та експериментальних методів визначення втомних пошкоджень вали турбінних установок при динамічних навантаженнях. Оцінка втомних пошкоджень вала парової турбіни К-200-130 базується на 3D-моделі кінцевих елементів. Розрахунки враховують експериментально визначені втомні властивості роторної сталі. Розраховано втомну пошкодження в результаті крутильних коливань валу турбіни, спричинених аномальною роботою турбінного генератора. Зони концентрації напружень в обертових елементах парової турбіни типу К-200-130 встановлені для різних режимів роботи. Запропоновано процедуру прогнозування впливу втоми від пошкоджень на розрахунковий ресурс турбінного агрегату.In Ukraine, 74 power units with a capacity of 150-800 MW of thermal power plants out of 102 are on the verge of exceeding the park resource (220 thousand hours). Of these, 17 power units are close to the end the park resource, and 11 units have reached their estimated resource (100 thousand hours). Statistics of power plants accidents in different countries indicates that most of them are caused by the long term accumulation of fatigue damage. Among the main causes of fatigue damage are the pulsating of high-temperature steam flows in the turbine cylinders, transverse and torsional vibrations of shafts during long-term operation etc. This causes the development of computational and experimental methods for the determination of fatigue damage of turbine units’ shafts under dynamic loads. The evaluation of fatigue damage of steam turbine K-200-130 shaft is based on the 3D finite element model. The calculations take into account experimentally determined fatigue properties of rotor steel. The fatigue damage as a result of torsional vibrations of turbine shaft caused by the abnormal operation of turbine generator is calculated. Zones of stress concentration in the rotating elements of the steam turbine type K-200-130 are established for various operating modes. The procedure to predict the effect of fatigue damage on the estimated resource of turbine unit is proposed.В Украине 74 энергоблока мощностью 150-800 МВт тепловых электростанций из 102 находятся на грани превышения ресурса парка (220 тыс. Часов). Из них 17 энергоблоков близки к исчерпанию ресурса парка, а 11 энергоблоков вышли на расчетный ресурс (100 тыс. Часов). Статистика аварий на электростанциях в разных странах показывает, что большинство из них вызвано длительным накоплением усталостных повреждений. Среди основных причин усталостных повреждений - пульсации высокотемпературных потоков пара в цилиндрах турбины, поперечные и крутильные колебания валов при длительной эксплуатации и т. Д. Это вызывает развитие расчетных и экспериментальных методов определения усталостных повреждений. валы турбоагрегатов при динамических нагрузках. Оценка усталостных повреждений вала паровой турбины К-200-130 проводится на основе трехмерной конечно-элементной модели. В расчетах учтены экспериментально определенные усталостные свойства роторной стали. Рассчитано усталостное повреждение в результате крутильных колебаний вала турбины, вызванных ненормальной работой турбогенератора. Установлены зоны концентрации напряжений во вращающихся элементах паровой турбины типа К-200-130 для различных режимов работы. Предложена методика прогнозирования влияния усталостных повреждений на расчетный ресурс турбоагрегата