САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТДУ ЭнМФ

Надежность энергетических машин

(Конспект лекций)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1999

Оглавление

1. Проблема надежности как комплексная научно-техническая и технико-экономическая проблема

2. Отказы в работе турбоустановок

   1. Отказы в работе паровых турбин

      1. Повреждение корпусов паровых турбин

      2. Повреждение лопаточного аппарата паровых турбин

      3. Нарушение прочности диафрагм

      4. Отказы роторов

      5. Повреждение подшипников

      6. Отказы элементов регулирования

   2. Отказы газотурбинных агрегатов

      1. Повреждение лопаточного аппарата компрессоров и турбин

      2. Отказы из-за наличия режимов вращающегося срыва и помпажа

      3. Отказы из-за вибрации газотурбинного агрегата

      4. Разрушение дисков

      5. Повреждение камер сгорания

      6. Контроль отказов энергетических турбоустановок

   3. Комплексный характер проблемы надежности

   4. Надежность и экономическая эффективность при создании турбинных установок

3. Элементы теории вероятностей в анализе надежности турбоустановок

   1. События

   2. Множества

   3. Вероятность

   4. Суммарная вероятность

   5. Условная вероятность

   6. Теорема о полных вероятностях и формула Байеса

   7. Случайные величины и функции распределения

1. Проблема надёжности как комплексная научно- техническая и технико-экономическая проблема

1.3 Комплексный характер проблемы надёжности

Решение задач обеспечения надёжности турбоустановок представляет сложную проблему из-за влияния многих факторов, действие которых характеризуется случайностью и может быть как автономным, так и взаимосвязанным. Поэтому возникает необходимость комплексного решения задач, как на уровне отдельных элементов, так и на уровне системы. Даже при обеспечении надёжности отдельного элемента необходимо решать задачу на различных уровнях (проектирование, изготовление, эксплуатация). Решение задач одного уровня не может обеспечить надёжность агрегата.

Комплексность, многоуровневость - характерная особенность проблемы надёжности. Например, невозможно обеспечить высокую надёжность турбоустановки только за счет разработки удачной конструкции и достаточно высоких технологий её производства, если не учтены факторы влияния изменения условий эксплуатации (существенная суточная и недельная неравномерность нагрузки на ТЭЦ или наличие аэрозолей морской воды при входе в компрессор корабельной ГТУ и т.д.). Решающее влияние на надёжность могут оказывать и другие причины. Поэтому, прежде всего, необходимо рассмотреть факторы различного уровня.

К основным факторам или причинам, определяющим надёжность турбоустановки, можно отнести следующие:

1. Несовершенство конструкции, включая и неудачно выбранные параметры рабочего процесса.

Воплощение неудачных конструктивных решений, часто новых и непроверенных, может быть причиной самых разнообразных отказов. К сожалению, при создании новых агрегатов часто не удается применять полностью проверенные решения. Поэтому все стационарные и транспортные турбомашины после накопления первоначального опыта их использования (обычно на "головном образце") подвергаются различного рода совершенствованию (иногда модификации с целью повышения надежности и ресурса). Особенно часто такая необходимость возникает по отношению к совершенствованию вибрационной надёжности.

2. Неудачная технология и нестабильность производства. Многие отказы в работе (например из-за усталостного разрушения лопаток) могут определяться неточностью размеров к несоответствием указанных параметров проектировочным данным, например пропуске деталей с отклонениями по карте разрешения. Причины поломок часто бывают связаны с опасными остаточными напряжениями в поверхностных слоях детали, прижогами и другими дефектами, которые могут быть связаны как с финишными, так и с промежуточными операциями. 3. Низкое качество и недостаточная стабильность свойств материалов.

Необходимо контролировать любые используемые материалы, как металлические, так и неметаллические. В некоторых случаях отказы (поломки и аварии) связаны с разбросом механических свойств сталей и сплавов, из которых изготовляются наиболее нагруженные детали (валы, лопатки, тепловыделяющие элементы реакторов и т.д.), а также с изменением свойств масел или применяемых огнестойких жидкостей. Для турбореактивных двигателей возможны отказы, обусловленные потерей необходимых свойств резиновыми и другими уплотнительными материалами (нарушение герметичности, образование течей).

4. Дефекты изделий, поставляемых другими предприятиями. Например, для турбореактивных двигателей это подшипники качения, надежность которых для двигателя имеет первостепенное значение. Разрушение сепараторов подшипников

нередко приводит к заклиниванию роторов авиационных

двигателей. Обычно широко используются поставки лопаточных

аппаратов, различного вида уплотнений и др. Можно выделить и

элементы электронной промьшленности в системах

регулирования и контроля.

5. Нарушение правил эксплуатации и обслуживания

турбоустановок.

Нарушение правил эксплуатации - одна из наиболее частых причин выхода установок из строя. В котельных установках при несоблюдении режимов наблюдаются температурные перегревы труб, что приводит к поломкам, в том числе и из-за малоцикловой усталости. В паротурбинных установках особенно опасны режимы пусков и остановов, при которых из-за температурных напряжений, превышающих предел ползучести, также может проявляться термическая усталость. В турбореактивных двигателях многие отказы могут быть вызваны нарушением правил эксплуатации двигателей, несоблюдением ограничений, наложенных инструкцией по эксплуатации, нарушение расчетных условий. Особо следует обращать внимание на предъявление жестких требований к качеству обслуживания, то есть к квалификации и психологическим качествам персонала. Высокая профессиональная подготовка специалистов - одно из главных условий обеспечения надёжности любой работающей системы, машины, устройства.

Отметим, что многообразие факторов, влияющих на надежность, обычно затрудняет поиск конкретных причин отказа.

Пример 1.1:

Поломка рабочей лопатки турбомашины может быть вызвана технологическими отклонениями, повышенной вибрацией, коррозией или эрозией поверхности нарушением правил эксплуатации или несоответствием свойств материала условиям эксплуатации. При этом возможно взаимовлияние факторов.

Следовательно задача выяснения действительных причин поломок в условиях эксплуатации очень осложнена.

Таким образом, причины отказов из-за воздействия неблагоприятных факторов в условиях их многообразия могут бытъ установлены лишь с некоторой вероятностью.

С учетом взаимосвязанности факторов и комплексности Проблемы для достижения необходимой надёжности турбоустановок необходимо обеспечить:

-глубокое расчетно-аналитическое и опытное обоснование

конструкции и рабочего процесса турбоустановки; -применение современных технологических процессов и

обеспечение стабильности производства; -повышение качества и стабильности используемых при конструировании и изготовлении материалов, включая и масла; - поставка высококачественных покупных изделий; -обеспечение строгого соблюдения правил эксплуатации и

высокой культуры обслуживания; -тщательная профессиональная подготовка "психологически

надёжных" специалистов для обслуживания. Очевидно, что для повышения уровня надёжности турбоустановки необходимо совершенствование по всем отмеченным направлениям, число которых иллюстрирует комплексность проблемы обеспечения высокой надёжности.