CC BY
4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ОЦЕНКИ ПОРОГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ НАЛИЧИИ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ
Лютарь Виталий Станиславович
зав. отделом экспертизы объектов угольной горнорудной промышленности ООО «РЦ ДИС», г. Владивосток
Гаркаев Евгений Александрович
зав. отделом экспертизы объектов котлонадзора и подъемных сооружений ООО «РЦ ДИС», г. Владивосток
Бражников Александр Алексеевич зав. отделом экспертизы взрывопожароопасных объектов ООО «РЦ ДИС», г. Владивосток
В элементах конструкции тяжело нагруженных машин часто в процессе эксплуатации возникают усталостные и хрупкие трещины. Наиболее вероятные места их образования находятся в зонах конструктивных или технологических концентраторов напряжений, которые создают поля с достаточно большим уровнем напряжений. Известно, что при многоосном напряженном состоянии характерным параметром оценки напряженности является
интенсивность напряжений < . Очевидно, что в поле высоких (из-за концентратора) напряжений могут находиться микротрещины, размеры которых равны или меньше L:
10 = (0,03...0,1)(кл /о-0,2)2, (1)
где: - 10 - максимальный размер микротрещины не влияющий на предел выносливости металла. Так как эти макротрещины находятся в поле высоких (значительно превышающих предел выносливости) напряжений, то можно предположить, что за небольшое время эксплуатации трещины размером 10, вырастут до трещины L:
х, = 1
Л
К
\2
0,9<
К
0,39-Кл
тах у
<У„
где: - Lн - минимальный размер макротрещин, для которых справедливы постулаты и концепции механики разрушения.
Ввиду фактической малости указанных выше трещин последние не вызывают общего перераспределения напряжений в зоне концентратора. При этом возможны следующие два варианта:
^К ^ м
к ^ м
(3)
(4)
сг.
Здесь ' - интенсивность напряжений в точках зоны концентратора, размер которой равен d страгивания (см. рис.1). В соответствии со структурной механической моделью разрушения [1] для страгивания трещины необходимо, чтобы на расстоянии d страгивания выполнялось
условие Rмсе=
(2)
0 2 = I , где Rмсе - критерий мик-<ГМ
роскола сдеформированного материала; 1 -интенсивность напряжений в характерных точках в области вершины трещины при отсутствии концентраторов.
В первом случае, учитывая микроразмеры зоны предразрушения, и гипотезу о неизменности поля макронапряжений, можно считать, что характерными максимальными напряжениями будут эксплуатационные напряжения в точках зоны предразрушения (Рис.1).
Огибающая поверхность
Во втором случае, когда причиной появления максимальных напряжений являются трещины, за характерные напряжения принимаются напряжения, вызванные присутствием трещины как концентратора.
Определим уровень напряжений в элементе конструкции, вызывающем образование и развитие трещины
при наличии в нем концентратора напряжений. Алгоритм оценки пределов выносливости будем строить на основе диаграммы деформирования с использованием степенной аппроксимации, которая приводит к зависимости [1], т.е.:
а
Ъ
М _ упр
т V Ът J
2 т т+1
Выражение (6) с учетом зависимости (7) можно представить в виде:
где: _0
К 0/^ „ ,2 - . 2 0 аiм_упр = ,—^cos-.. (1 - 2ц) + 3sm -л/2лг 2 V 2
K1 = а0у[лЬ
К = <704пЬ
(5) а ,М_ упр =
(6) (7)
Параметр " 0 , является коэффициентом
интенсивности напряжений.
_ а0уЩЬ 0
"""
cos — Л1 (1 - 2ц)2 + 3sin2 —п
2
2
. (8)
Интенсивность напряжений в любой точке конструкции, определяемая по формуле:
а = -^л/(а1 -а2)2 +(а2-Ъ3)2 + (аз-а1)2
^ л/2
также можно представить в форме выражения:
(9)
упр = а0К
л/2 \
(1
_?2 Л2 , , <2 а,
-)2 + (
а
3 \2
'0К
а
0К
а
)2+(■
а
0К
а
1)2
0К
где:
: - а0К .
номинальная (средняя) интенсивность напряжений для элемента конструкции.
Используя выражения (8), (10) получим относительные значения интенсивностей напряжений:
4ПЬ
.0
а м
а iм_ а
0 1 2 2 0
,-со^, (1 -2ц) + 3sin —п
2Г 2 .
(10)
(11)
а
^к
ik_ упр
1
упр
а
0К
щ
(1
а2-)2 + (- <
а3 2 а3
а
0К
а
0К
а
-)2 + (-
0К
а
1)2
0К
Учитывая зависимости (11), (12), введем новый параметр, который назовем пороговым коэффициентом концентрации, и равный:
Р _ Шк_ упр
ъ,М_ упр (13)
Тогда выражению (5) можно будет придать следующий вид:
2т 2т
а, =< а
а
л
1_ упр
т V
а
т+1
т У
л
¡М_ упр
а
т+1
где:
а
,М_ упр
- +2
(14)
(15)
„ К,., = ст04ПЬ
По определению 1№ 0 . Для одноосного
растяжения не возмущенной трещиной пластины следует
<0 =<
0 <0
что 0 i , где i - интенсивность напряжений в точках пластины при растяжении ее усилиями интенсивности
'0
. Тогда по аналогии с гипотезой единой кривой выра-
(12)
(16)
Исходя из положений структурно-механической
г = ё а = 90°
модели [1], положим р и и . В этом случае
пороговый коэффициент концентрации будет равен
Ъ ik_ упр
Р=
Ь
0,922
2й стр
(17)
что:
Излагаемый алгоритм справедлив при условии,
Р> 1
— а,
_ 1К _ упр
а ¡к _ упр —
Отношение <0К по смыслу является
коэффициентом концентрации напряжений в характерных точках зоны предразрушения, который обозначим символом ^г. Однако оно не является коэффициентом концентрации напряжений в точке, где напряжение достигает
Р
жение для коэффициента интенсивности напряжений максимума, т.е. на величину коэффициента сильное
можно переписать в виде:
влияние будет оказывать градиент интенсивности напряжений в окрестности опасной точки.
1
Тогда выражение (17) принимает вид:
Р = 1,085ar
2d„
L
О
ik упр
(7;
m + 1 2m
v^x у
R ■ D
и подставляя вместо 6i = mce (условие начала разви-
тия трещины L) получим формулу для определения
4h0
Р ■ Kih = 0,948а ' Rmce'D
сг,
= K
th0
коэффициент интенсивности напряжений в зоне концентрации напряжений есть величина постоянная и равная
пороговому коэффициенту
K
th0
для материала, т.е.:
(18)
Учитывая, что при степенной аппроксимации диаграммы деформирования:
1 Р
K1th = „ Kth0
(21)
K,
(19) зв
. (20)
Таким образом, из (19) следует, что произведение порогового коэффициента концентрации на пороговый
В данном случае коэффициент является пороговым коэффициентом интенсивности напряжений для материала, находящегося в зоне концентратора напряжений.
к
В работе [1] показано, что значение Л0
рассчитывается по сведениям о стандартных характеристиках материала. Поэтому зная ^ - упр для определенного концентратора можно по зависимости (20) определить величину напряжений, которые вызовут развитие в концентраторе трещины.
Список литературы 1. Матохин Г.В. Оценка ресурса сварных конструкций из феррито-перлитных сталей.- Владивосток: Издательство ДВГТУ, 2001.- 202 с.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ СБРОСНЫХ ВОД ТЭС
Популиди Константин Константинович,
Технический директор Ростовской ТЭЦ-2 ООО «Лукойл - Ростовэнерго» Г. Ростов-на-Дону
Манжина Светлана Александровна, Докторант НИМИ ФГБОУ НПУ «ДГАУ» г. Новочеркасск Денисов Владимир Викторович
Докт.техн.наук, профессор, зав. каф. «Экология, технологии электрохимических производств и ресурсосбережения»
ЮРГПУ (НИМИ), г. Новочеркасск
АННОТАЦИЯ
Для предотвращения теплового загрязнения, которое наблюдается даже в условиях оборотного водоснабжения на ТЭЦ и АЭС, особенно в жаркий период года, целесообразно вводить теплонассные установки, как дополнительный утилизатор тепла. Как показывают расчеты, это не только поможет предотвратить тепловое загрязнение среды, но и получить дополнительную экономию энергоресурсов за счет использования извлеченного тепла.
ABSTRACT
To prevent thermal pollution, which is observed even in conditions of water recycling at TPP and NPP, especially in the hot season, it is advisable to introduce heat pumps, additional heat exchangers. Calculations show that this will not only help to prevent thermal pollution of the environment, but also to obtain additional energy savings through the use of extracted heat.
Ключевые слова: теплонасосные установки, градирни, низкопотенциальное тепло, утилизация тепла.
Keywords: heat pumps, cooling towers, low-grade heat utilization.
Для охлаждения подогретой воды, выходящей из конденсаторов тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС), часто используются градирни, благодаря которым реализуется экономически выгодное оборотное водоснабжение. Охлаждение воды, поступающей в градирню, происходит в основном за счет испарения части воды, стекающей по испарителю под действием силы тяжести. При этом испарение 1 % воды понижает температуру примерно на 6оС [1]. Тем не менее, в жаркое время года указанные градирни функционируют недостаточно эффективно, вследствие чего выходящая из них вода может иметь превышение температуры над проектной на 0,5-1,5оС и более. Данное обстоятельство осложняет поддержание надлежащего технологического режима теплоэлектростанции и в то же время способствует тепловому загрязнению окружающей среды и изменению тем самым микроклимата на прилегающей территории.
В настоящее время, как известно, среди альтернативных и возобновляемых источников энергии значительную роль стали играть теплонасосные установки (ТНУ). Они извлекают низкопотенциальное тепло из природных (воздух, воды, почва) или искусственных (сточные и сбросные воды, например) объектов и превращают его в высокопотенциальное. При этом источник тепла снижает свою исходную температуру, а образующаяся горячая вода используется в технологических или бытовых целях.
Учитывая вышеизложенное, нами рассмотрена целесообразность использования ТНУ для снижения температуры воды, выходящей из систем охлаждения различной производительности. В расчетах, выполненных согласно методическим рекомендациям [2, 3], принимали, что за счет отъема тепла при помощи ТНУ снижала свою температуру только на 1оС. Результаты соответствующих расчетов предоставлены в таблице.
