Исследования в области каплеударной эрозии энергетического оборудования: ретроспективный обзор и анализ текущего состояния

Автор: Варавка Валерий Николаевич, Кудряков Олег Вячеславович, Морозкин Игорь Сергеевич, Забияка Игорь Юрьевич

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Статья в выпуске: 1 (84) т.16, 2016 года.

Бесплатный доступ

Основная цель работы - формирование научной базы для корректного определения комплекса требований к конструкционному материалу с высокой стойкостью к износу в условиях каплеударной эрозии. Выполнен обзор современного и ретроспективного состояния отечественных и зарубежных исследований в области каплеударной эрозии металлических материалов. В качестве основных итогов отмечены недостаточная фундаментальность исследований в этой области, ограниченность используемых теоретических моделей, односторонний избирательный подход многих авторов к явлению, объединяющему целый комплекс факторов различной физической природы. На этом фоне представлена авторская концепция процесса эрозионного изнашивания металла в условиях воздействия двухфазного паро-капельного потока, наблюдаемого, например, в лопаточном аппарате последних ступеней мощных паровых турбин, а также при работе газотурбинного и компрессорного оборудования. Особое внимание уделено новой научной гипотезе о влиянии активного водорода на разрушение металла при высокоскоростных капельных соударениях.

Еще

Каплеударная эрозия, усталостное разрушение, кавитация, водородное изнашивание, лопатки паровых турбин, металлические сплавы, антиэрозионная защита

Короткий адрес: https://sciup.org/14250192

IDR: 14250192 | DOI: 10.12737/18260

Список литературы Исследования в области каплеударной эрозии энергетического оборудования: ретроспективный обзор и анализ текущего состояния

Сравнительный анализ эффективности теплоэнергетики России и стран мира/В. Н. Артемов //Вестник Моск. энерг. ин-та. -2013. -№ 1. -С. 9-15.
Клименко, А. В. Обеспечение теплоэнергетики конструкционными материалами -основа ее надежного функционирования и развития/А. В. Клименко, Е. А. Гринь//Теплоэнергетика. -2014. -№ 1. -С. 44-49.
Proceedings of 5th International Conference on Erosion by Liquid and Solid Impact. -Cambridge, U.K.: Cavendish Laboratory, 1979. -86 p.
Спринжер, Дж. С. Эрозия при воздействии капель жидкости/Дж. С. Спринжер. -Москва: Машиностроение, 1981. -200 с.
Эрозия/А. Эванс ; под ред. К. Прис. -Москва: Мир, 1982. -464 с.
Van der Zwaag, S., Dear, J.P., Townsend, D., and Walley, S.M. Rain and solid particle erosion damage mechanisms and materials evaluations. -Cambridge, U.K.: Cavendish Laboratory, 1986. AFWAL-TR-86-4.
Полежаев, Ю. В. Тепловая защита/Ю. В. Полежаев, Ф. Б. Юревич. -Москва: Энергия, 1976. -392 с.
Полежаев, Ю. В. Процесс установления эрозионного разрушения материала преграды при многократном соударении частицами/Ю. В. Полежаев//Инженерно-физический журнал. -1979. -Т. 37, № 3. -С. 389-394.
Расчетная модель процесса эрозионного разрушения композиционного материала/Ю. В. Полежаев //Инженерно-физический журнал. -1979. -Т. 37, № 3. -С. 395-404.
Лагерев, A. B. Вероятностное прогнозирование эрозии в системах технической диагностики влажнопаровых турбомашин/A. B. Лагерев//Изв. РАН. Энергетика. -1997. -№ 2. -С. 134-143.
Дергачев, К. В. Электронная система прогнозирования эрозии рабочих лопаток турбин атомных станций/К. В. Дергачев//Изв. вузов. Ядерная энергетика. -2001. -№ 3. -С. 3-13.
Использование титановых сплавов в качестве материала лопаток паровых турбин/М. А. Скотникова //Вопросы материаловедения. -2007. -№ 3(51). -С. 61-70.
Ланина, А. А. Исследование высокоскоростного каплеударного воздействия на поверхность лопаток паровых турбин/А. А. Ланина//Инструмент и технологии. -2008. -№ 28-29. -С. 84-87.
Селезнев, Л. И. Оценка длительности инкубационного периода эрозионного износа конструкционных материалов/Л. И. Селезнев, В. А. Рыженков//Теплоэнергетика. -2005. -№ 4. -С. 61-63.
Поваров, О. А. Исследование эрозионного износа рабочих лопаток паровых турбин/О. А. Поваров, Б. Станиша, В. А. Рыженков//Теплоэнергетика. -1988. -№ 4. -С. 66-69.
Оценка эрозионного износа лопаточного аппарата влажнопаровых турбин АЭС/В. А. Иванов, И. П. Фаддеев, В. М. Боровков, В. И. Королев//Сб. научн. тр. Моск. энерг. ин-та. -Москва: Изд-во МЭИ, 1999. -С. 214.
Селезнев, Л. И. Эрозионный износ конструкционных материалов/Л. И. Селезнев, В. А. Рыженков//Технология металлов. -2007. -№ 3. -С. 19-24.
Селезнев, Л. И. Феноменология эрозионного износа материала конструкционных сталей и сплавов жидкими частицами/Л. И. Селезнев, В. А. Рыженков, А. Ф. Медников//Теплоэнергетика. -2010. -№ 9. -С. 12-16.
Рыженков, В. А. Современное состояние и способы решения проблемы эрозионного износа лопаток влажно-паровых ступеней турбин/В. А. Рыженков, А. И. Лебедева, Ал. Ф. Медников//Теплоэнергетика. -2011. -№ 9. -С. 8-13.
Исследование процесса изменения характеристик рельефа поверхности лопаточной стали в инкубационном периоде развития каплеударной эрозии/А. Ф. Медников, В. А. Рыженков, Л. И. Селезнев, А. И. Лебедева//Теплоэнергетика. -2012. -№ 5. -С. 69-75.
Min Ku Lee, Whung Whoe Kim, Chang Kyu Rhee, and Won Jong Lee. Investigation of liquid impact erosion for 12Cr steel and Stellite 6B//Journal of Nuclear Materials. -1998. -Vol. 257. -рр. 134-144.
Min-Ku Lee, Whung-Whoe Kim, Chang-Kyu Rhee, and Won-Jong Lee. An analysis of stress waves in 12Cr steel, Stellite 6B and TiN by liquid impact loading//Nuclear Engineering and Design. -2002. -Vol. 214. -рр. 183-193.
Haller, K.K., Ventikos, Y., Poulikakos, D., and Monkewitz, P. Computational study of High-speed liquid droplet impact//Journal of Applied Physics. -2002. -Vol. 92, no. 5. -pp. 2821-2828.
Imano, A.M., and Beroual, A. Deformation of water droplets on solid surface in electric field//Journal of Colloid and Interface Science. -2006. -Vol. 298. -pp. 869-879.
Mann, B.S., and Vivek, Arya. HVOF coating and surface treatment for enhancing droplet erosion resistance of steam turbine blades//Wear. -2003. -Vol. 254. -pp. 652-667.
Mann, B.S., Vivek, Arya, and Pankaj, Joshi. Advanced High-Velocity Oxygen-Fuel Coating and Candidate Materials for Protecting LP Steam Turbine Blades Against Droplet Erosion//Journal of Materials Engineering and Performance. -2005. -Vol. 14(4). -pp. 487-494.
Sandeep, Soni. Analysis of liquid droplet erosion for steam turbine blades of composite material//Int. J. Mech. Eng. & Rob. Res. -2012. -Vol. 1, no. 3. -pp. 214-226.
Zhou, Q., Li, N., Chen, X., Yonezu, A., Xu, T., Hui, Sh., and Zhang, D. Water Drop Erosion on Turbine Blades: Numerical Framework and Applications//Materials Transactions. -2008. -Vol. 49, no.7. -pp. 1606-1615.
Zhou, Q., Li, N., Chen, X., Xu, T., Hui, S., and Zhang, D. Analysis of water drop erosion on turbine blades based on a nonlinear liquid-solid impact model//International Journal of Impact Engineering. -2009. -Vol.36. -pp. 1156-1171.
Nicolici, S., Prisecaru, I., and Ghitescu, P. Study of fluid-structure interaction in liquid droplet impingement phenomena//U.P.B. Sci. Bull., Series D. -2012. -Vol. 74, iss.1. -pp. 148-154.
Keil, T., Pelz, P.F., Kadavelil, J., Necker, J., Moser, W., and Christ, D. Droplet Impact vs. Cavitation Erosion//Proceedings of WIMRC 3rd International Cavitation Forum, 4th-6th July 2011. -UK: University of Warwick, 2011.
Kamkar, N., Bridier, F., Bocher, P., and Jedrzejowski, P. Water droplet erosion mechanism in rolled Ti-6Al-4V//Wear of Materials. -2013. -Vol.301, iss.1-2. -pp. 442-448.
Tobin, E.F., Young, T.M., Raps, D., and Rohr, O. Comparison of liquid impingement results from whirling arm and water-jet rain erosion test facilities//Wear. -2011. -Vol.271. -pp. 2625-2631.
Tobin, E.F., Young, T.M., and Raps, D. Evaluation and correlation of inter-laboratory results from a rain erosion test campaign//Proceedings of 28th International Congress of the Aeronautical Sciences, 2012.
Fujisawa, N., Morita, R., Nakamura, A., and Yamagata, T. Critical Consideration on Wall Thinning Rate by Liquid Droplet Impingement Erosion//Journal of Advanced Maintenance. -2012. -Vol. 4, no. 2. -pp. 79-87.
Hattori, S., and Takinami, M. Comparison of cavitation erosion rate with liquid impingement erosion rate//Wear. -2010. -Vol.269. -pp. 310-316.
Кудряков, О. В. Механизмы формирования эрозионного износа металлических материалов при высокоскоростных капельных соударениях: Часть 1/О. В. Кудряков, В. Н. Варавка//Материаловедение. -2012. -№ 5. -С. 36-43.
Кудряков, О. В. Механизмы формирования эрозионного износа металлических материалов при высокоскоростных капельных соударениях: Часть 2/О. В. Кудряков, В. Н. Варавка//Материаловедение. -2012. -№ 6. -С. 14-19.
Варавка, В. Н. Особенности разрушения металлических сплавов в условиях устойчивой каплеударной эрозии/В. Н. Варавка, О. В. Кудряков//Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. -2012. -№ 3. -С. 45-50.
Кудряков, О. В. Мониторинг начальных стадий эрозионного износа ионно-плазменных покрытий при каплеударном воздействии/О. В. Кудряков, В. Н. Варавка//Упрочняющие технологии и покрытия. -2012. -№ 10. -С. 40-47.
Варавка, В. Н. Закономерности износа стали при воздействии дискретного водно-капельного потока. Часть 1: Начальная стадия каплеударной эрозии/В. Н. Варавка, О. В. Кудряков//Трение и износ. -2015. -Т. 36, № 1. -С. 89-99.
Варавка, В. Н. Закономерности износа стали при воздействии дискретного водно-капельного потока. Часть 2: Стадия развитой каплеударной эрозии/В. Н. Варавка, О. В. Кудряков//Трение и износ. -2015. -Т. 36, № 2. -С. 201-212.
Кудряков, О. В. Механизмы и закономерности деградации поверхности стали на стадиях развитой каплеударной эрозии/О. В. Кудряков, В. Н. Варавка//Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. -2015. -№ 2. -С. 100-112.
Маргулис, М. А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях)/М. А. Маргулис. -Москва: Высшая школа, 1984. -272 с.
Завилопуло, А. Н. Ионизация молекул азота, кислорода, воды и двуокиси углерода электронным ударом вблизи порога/А. Н. Завилопуло, Ф. Ф. Чипеев, О. Б. Шпеник//Журнал технической физики. -2005. -Т. 75, вып. 4. -С. 19-24.
Международная база данных атомных и молекулярных констант NIST/Mallard, G., and Linstrom, P.J. NIST Standard Reference Database. -2000. -Vol. 69. -Режим доступа: http://www.webbook.nist.gov (дата обращения: 21.10.2014).
Гаркунов, Д. Н. Триботехника/Д. Н. Гаркунов.-Москва: Машиностроение, 1985. -424 с.
Водород в металлах/под. ред. Г. Алефельд, И. Фелькель. -Москва: Мир, 1981.
Колачев, Б. А. Водородная хрупкость металлов/Б. А. Колачев. -Москва: Металлургия, 1985. -216 с.

Еще

Статья научная