Page 88 - 07

)
де ( , , ,W x y z t = ∫∫∫ s ( , , ,x y z t ) ( , , ,x y z t dVe ) – енергія деформування локального
H
V
*
)
об’єму; W – її критичне значення; ( , , ,x y z ts ) – напруження; e H ( , , ,x y z t –
деформації, обумовлені термосиловим навантаженням та дією водню. Вважаємо,
що за умови ( , , ,x y z tw ) 1< локальний елемент знаходиться в суцільному стані.
Руйнування елемента об’єму матеріалу відбудеться за досягнення рівності

w ( x , , ,y z t * ) = 1 . (2)
У сталях за наводнювання виникає макроскопічна деформація, яка збільшу-
ється зі зростанням концентрації атомів водню [6]. У деякому наближенні залеж-
ність компонент деформації від концентрації водню С H можна вважати лінійною.
Повну деформацію e Н приймемо у вигляді суми двох компонент: деформації e р,
обумовленої зовнішніми полями (наприклад, термосиловим навантаженням), та
атомів водню в ґратці металу [5]:
e = e + Ca . (3)
H
H
p
Тут a – коефіцієнт концентраційного водневого розширення.
Методика повірочного розрахунку із врахуванням експлуатаційного на-
вантаження. Щоб визначити поточну енергію деформування одиниці об’єму, на
першому етапі повірочного розрахунку створили просторові геометричні моделі
з урахуванням технологічних вибірок матеріалу елементів обладнання, які утво-
рилися на поверхнях високотемпературних елементів. На другому етапі на базі
2D і 3D просторових аналогів за допомогою розроблених програмних продуктів,
розв’язали крайову задачу нестаціонарної теплопровідності із заданням змінних
у часі граничних умов теплообміну на поверхнях високотемпературних елемен-
тів з урахуванням експлуатаційних змінних режимів роботи.
Третій етап полягає у визначенні напружено-деформованого стану (НДС) в
елементах конструкції за високих температур з використанням відповідних про-
грамних продуктів та врахуванням їх просторової складної геометрії, пошко-
джень за період експлуатації, ремонтно-відновлювальних змін проектної геомет-
рії. Теплофізичні і фізико-механічні характеристики сталей задали згідно з реко-
мендаціями [7]. Для моментів часу, за яких градієнти температури набувають
екстремальних значень, розраховували НДС.
На четвертому етапі розроблено програмне забезпечення для розрахунку
концентрації водню з урахуванням зміни температурного поля та НДС високо-
температурних елементів. Можливість, умови і термін продовження експлуатації
цих елементів визначають шляхом зіставлення розрахункового значення нагро-
мадженого пошкодження в металі з граничним його значенням, яке встановлю-
ється за результатами експериментальних досліджень зразків із конструкційних
легованих сталей у відповідних середовищах за експлуатаційних температур.
Оцінювання міцності та довговічності барабана парового котла високо-
го тиску за експлуатаційного навантаження. Основні причини появи тріщин у
таких барабанах під час експлуатації: високий рівень діючих напружень; значні
змінні з часом температурні напруження, які виникають під час зупинок (особли-
во аварійних) і пусків котлів; воднева деградація і низька деформаційна здатність
металу барабана [8, 9].
Суттєво впливають на НДС механічні напруження термічного характеру, що
виникають у барабанах котлів під час аварій і неполадок, наприклад під час спус-
ку води, розривах кип’ятильних і екранних труб; за швидкого заповнення холод-
ного котла гарячою водою або ще не охолодженого барабана холодною водою.

94