09.11.2018
№218.016.9c22
Результат интеллектуальной деятельности: Способ ремонта металлических деталей с зарождающимися с поверхности микродефектами
Вид РИД
Патент
Код транзакции депонирования в блокчейн Ethereum:
0x3ed5b399e037de0c80bc43a58b20d8f1c1202658d18ff46941f91d25e14fb396
№ охранного документа
2541209
Дата охранного документа
30.03.2015
Статус
Действует
Дата окончания действия пошлины
27.05.2033
Вид патента
Изобретение
Аннотация:
Изобретение относится к области восстановления металлических деталей при их повреждении. Технический результат - определение возможной глубины восстановительного удаления металла.
Ключевые слова:
восстановление металлических деталей, определение возможной глубины, восстановительное удаление металла
Характеристика результата
Опытный образец/опытная партия
Основные результаты:
Задачей изобретения является максимальное увеличение остаточного ресурса ответственных и дорогостоящих металлических деталей или элементов энергооборудования после их восстановительного ремонта путем удаления части металла с поверхностными микроповреждениями. Достигаемым техническим результатом изобретения является возможность определения оптимальной величины глубины восстановительного удаления металла, обеспечивающей решение указанной задачи.
Указанные задача и технический результат достигаются тем, что при осуществлении способа ремонта металлических деталей с зарождающимися с поверхности микродефектами, включающего выявление зоны с опасной концентрацией микродефектов и удаление части металла путем зачистки указанной зоны с удалением окалины и металла с поверхности детали, достаточной для оптического исследования поверхности указанной зоны, согласно изобретению последовательно удаляют по меньшей мере два поверхностных слоя металла в указанной области оптического исследования с определением поверхностной плотности (Ns)i расположения микродефектов после удаления каждого из указанных слоев, для исследуемой области по полученным значениям (Νs)i, на разных глубинах hi их залегания от начальной зачищенной поверхности определяют зависимость Ns=f(h), экстраполируют указанную зависимость на неисследованную область глубин удаления металла в пределах общей глубины hmax наличия микродефектов в данной зоне или в пределах минимального запаса прочности оставшегося после удаления металла сечения детали, намечают 4-5 точек (Ns)i, включая экстраполированные значения, изготавливают несколько цилиндрических образцов одинакового исходного диаметра D0 из такого же металла, как у данной детали или элемента, в количестве по числу значений (Ns)i, причем D0 выбирают исходя из предельной нагрузки испытательной машины и механических свойств металла цилиндрических образцов, каждый из указанных образцов протачивают до диаметра Di определяемого из условия равенства напряжений в поперечном сечении образца при заданной нагрузке испытательной машины и в соответствующем сечении детали при рабочей нагрузке, каждый образец ослабляют соответственно ослаблению детали выявленными на глубине hi микродефектами, для чего на образце выполняют кольцевой надрез до диаметра di, испытывают надрезанные образцы до разрушения при температуре на (60-70)°C выше рабочей при одинаковом усилии, обеспечивающем напряжение в гладкой части образца равным рабочему напряжению в детали с учетом толщины удаленного слоя металла, и по результатам испытаний образцов выбирают образец с наибольшим значением времени до разрушения образца, для которого по зависимости Ns=f(h) определяют искомое значение hopt глубины удаления металла.
Новизна:
Принципиально новый результат
Область применения РИД:
Изобретение относится к области энергомашиностроения и теплоэнергетики, в частности к ремонту энергетического оборудования, и может быть использовано для продления ресурса его ответственных деталей или элементов оборудования.
Форма представления сведений об объекте учета:
Патент
Изобретение относится к области восстановления металлических деталей при их повреждении. Технический результат - определение возможной глубины восстановительного удаления металла. Способ включает выявление зоны с опасной концентрацией микродефектов и удаление части металла путем зачистки указанной зоны с удалением окалины и металла с поверхности детали, достаточной для оптического исследования поверхности указанной зоны. При этом последовательно удаляют по меньшей мере два поверхностных слоя металла с определением поверхностной плотности (Ns)i расположения микродефектов после удаления каждого из указанных слоев. По полученным значениям (Ns)i на разных глубинах hi их залегания от начальной зачищенной поверхности определяют зависимость Ns=f(h)i. Экстраполируют указанную зависимость на неисследованную область глубин удаления металла в пределах общей глубины hmax наличия микродефектов. Намечают 4-5 точек (Ns)i, включая экстраполированные значения, изготавливают несколько цилиндрических образцов одинакового исходного диаметра D0 из такого же металла, как у данной детали, в количестве по числу значений (Ns)i, причем D0 выбирают исходя из предельной нагрузки испытательной машины. Каждый из указанных образцов протачивают до диаметра Di, определяемого из условия равенства напряжений в поперечном сечении образца при заданной нагрузке испытательной машины и в соответствующем сечении детали при рабочей нагрузке. Каждый образец ослабляют соответственно ослаблению детали выявленными на глубине hi микродефектами, для чего на образце выполняют кольцевой надрез до диаметра di .Испытывают надрезанные образцы до разрушения при температуре на (60-70)°С выше рабочей при одинаковом усилии, обеспечивающем напряжение в гладкой части образца равным рабочему напряжению в детали с учетом толщины удаленного слоя металла, и по результатам испытаний образцов выбирают образец с наибольшим значением времени до разрушения образца, для которого по зависимости Ns=f(h)i определяют искомое значение hopt глубины удаления металла. 9 ил., 4 табл.
Область использования
Изобретение относится к области энергомашиностроения и теплоэнергетики, в частности к ремонту энергетического оборудования, и может быть использовано для продления ресурса его ответственных деталей или элементов оборудования.
Уровень техники
Известен принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения способ ремонта металлических деталей с зарождающимися с поверхности микродефектами, включающий выявление зоны с опасной концентрацией микродефектов и удаление части металла путем зачистки указанной зоны с удалением окалины и металла с поверхности детали, достаточной для оптического исследования поверхности указанной зоны (Ю.Л. Израилев и др. / Живучесть паропроводов стареющих тепловых электростанций, М., 2002 г., с.156-157 - [1]). Недостатком указанного способа [1] является то, что он не предусматривает определения оптимальной глубины, до которой возможно восстановительное удаление металла в пределах общей глубины повреждения детали в конкретной зоне или в пределах, определяемых условием проектного минимального запаса прочности для сечения, оставшегося после восстановительного удаления металла. Согласно [1] глубина удаляемого слоя может быть произвольной в пределах обеспечения проектного минимального запаса прочности, установленного для данной детали. Вместе с тем на практике установленный проектный минимальный ресурс для дорогостоящих деталей или элементов энергооборудования эксплуатирующие предприятия стараются продлить до максимально возможного предела с соответствующим уменьшением допустимого запаса прочности. В этих условиях становится важным правильный выбор оптимального значения глубины удаления металла, так как остаточный ресурс восстанавливаемой детали будет зависеть от двух факторов: плотности оставшихся повреждений и величины оставшегося после удаления части металла живого сечения данной детали или элемента оборудования.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является максимальное увеличение остаточного ресурса ответственных и дорогостоящих металлических деталей или элементов энергооборудования после их восстановительного ремонта путем удаления части металла с поверхностными микроповреждениями. Достигаемым техническим результатом изобретения является возможность определения оптимальной величины глубины восстановительного удаления металла, обеспечивающей решение указанной задачи.
Указанные задача и технический результат достигаются тем, что при осуществлении способа ремонта металлических деталей с зарождающимися с поверхности микродефектами, включающего выявление зоны с опасной концентрацией микродефектов и удаление части металла путем зачистки указанной зоны с удалением окалины и металла с поверхности детали, достаточной для оптического исследования поверхности указанной зоны, согласно изобретению последовательно удаляют по меньшей мере два поверхностных слоя металла в указанной области оптического исследования с определением поверхностной плотности (Ns)i расположения микродефектов после удаления каждого из указанных слоев, для исследуемой области по полученным значениям (Νs)i, на разных глубинах hi их залегания от начальной зачищенной поверхности определяют зависимость Ns=f(h), экстраполируют указанную зависимость на неисследованную область глубин удаления металла в пределах общей глубины hmax наличия микродефектов в данной зоне или в пределах минимального запаса прочности оставшегося после удаления металла сечения детали, намечают 4-5 точек (Ns)i, включая экстраполированные значения, изготавливают несколько цилиндрических образцов одинакового исходного диаметра D0 из такого же металла, как у данной детали или элемента, в количестве по числу значений (Ns)i, причем D0 выбирают исходя из предельной нагрузки испытательной машины и механических свойств металла цилиндрических образцов, каждый из указанных образцов протачивают до диаметра Di определяемого из условия равенства напряжений в поперечном сечении образца при заданной нагрузке испытательной машины и в соответствующем сечении детали при рабочей нагрузке, каждый образец ослабляют соответственно ослаблению детали выявленными на глубине hi микродефектами, для чего на образце выполняют кольцевой надрез до диаметра di, испытывают надрезанные образцы до разрушения при температуре на (60-70)°C выше рабочей при одинаковом усилии, обеспечивающем напряжение в гладкой части образца равным рабочему напряжению в детали с учетом толщины удаленного слоя металла, и по результатам испытаний образцов выбирают образец с наибольшим значением времени до разрушения образца, для которого по зависимости Ns=f(h) определяют искомое значение hopt глубины удаления металла.
Причинно-следственная связь между признаками изобретения и указанным техническим результатом состоит в том, что эти признаки составляют совокупность, необходимую и достаточную, чтобы в каждом конкретном случае с достаточной точностью определять максимально возможную по условиям прочности глубину восстановительного удаления металла.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен общий вид гиба паропровода с зоной А поверхностных микроповреждений в виде пор; на фиг. 2 - исследуемая область зоны А фиг. 1; на фиг. 3 - график зависимости Ns=f(h), построенный по данным измерений (Ns)i на разных глубинах hi; на фиг. 4 - график зависимости Ns=f(h), включая экстраполированную область, с выбранными точками от (Ns)min до (Ns)max; на фиг. 5 - цилиндрический образец без надреза; на фиг. 6 - цилиндрический образец с надрезом; на фиг. 7 - график зависимости ω=f(τB); на фиг. 8 - график зависимости Ns=f(τ); на фиг. 9 - график зависимости τΒ=f(h).
Подробное описание изобретения
Осуществление способа ремонта металлических деталей согласно изобретению может быть проиллюстрировано на примере гиба паропровода из стали 12Х1М1Ф типоразмера Ø245×45 мм, отработавшего 110 тысяч часов при следующих параметрах свежего пара: давление 14 МПа, температура 560°C. Предварительно при остановленном энергооборудовании наиболее нагруженные участки паропровода 1 (наружная поверхность гибов) проверяли методами неразрушающего контроля (визуально, ультразвук, рентген и др.) на наличие зарождающихся с поверхности микродефектов. В результате проверки на наружной (растянутой) поверхности гиба 2 (зона А, фиг. 1) паропровода 1 были выявлены поры с плотностью свыше 1000 пор/мм2. Согласно отраслевому стандарту (СТО 17230282.27.100.005-2008 / Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования. - М.: ОАО РАО «ЕЭС России», 2008, с. 657 [2]) это соответствует 6 баллам шкалы микроповрежденностей, что является недопустимым для дальнейшей эксплуатации паропровода из стали перлитного класса. В связи с этим для исследования глубины проникновения дефекта в небольшой области (круг диаметром 1 см) зоны А гиба 2 произвели предварительную зачистку металла с удалением окалины и минимального слоя металла глубиной h0. На зачищенной поверхности с помощью переносного микроскопа определили поверхностную плотность (Ns)0 пор на единицу площади. Далее в той же области последовательно углубляли удаление металла до глубин h1, h2, h3, h4 с определением соответственно (Ns)1, (Ns)2, (Ns)3, (Ns)4 (фиг. 2). Полученные значения hi и (Ns)i в исследованной области зоны А представлены в таблице 1.
После этого из прямых участков гиба 2 паропровода 1 вырезали кольцевой участок шириной 20 мм и изготовили из него 4 цилиндрических образца (соответственно числу выбранных значений точек (Ns)i) с осями, ориентированными параллельно касательной к окружности кольца указанного участка паропровода 1. Все образцы имели одинаковый исходный диаметр D0=16 мм и одинаковую длину l=70 мм (фиг. 5). Исходный диаметр D0 выбирался исходя из предельной нагрузки испытательной машины и механических свойств металла образцов. Затем указанные образцы проточили каждый до своего диаметра Di, определяемого из условия равенства напряжений в поперечном сечении образца при заданной нагрузке испытательной машины и в соответствующем живом сечении Hi исследуемого гиба 2 паропровода 1 при рабочей нагрузке. Затем каждый образец ослабили соответственно ослаблению исследуемого элемента (гиба 2) паропровода 1 выявленными на глубине hi микроповреждениями. Для этого на каждом образце выполнили кольцевой надрез до диаметра di (фиг. 6). Для определения di нашли зависимость между относительной поврежденностью ω=1-ψ, где ψ=(d/D)2 - относительная сплошность образца, и временем τΒ до его разрушения (фиг. 7):
Указанная зависимость (3) была построена известным способом в логарифмических координатах (SU 1422082, G01N 3/00, 1987 г. - [3]) по значениям двух экспериментально установленных точек с координатами:
(τΒ)0 - время до разрушения образца, имеющего относительную поврежденность ω=0 (ψ=1), т.е. образца без надреза;
(τB)st=(τΒ)6 - время до разрушения образца с надрезом, имеющего относительную поврежденность ω=0,65 (ψ=0,35).
Двух экспериментальных точек для построения графика указанной зависимости достаточно, так как эта зависимость в логарифмических координатах имеет линейный характер [3].
Далее использовали накопленные ранее в процессе эксплуатации натурного паропровода из стали 12X1Μ1Φ экспериментальные данные об интервалах времени увеличения Ns от заданной начальной величины Ns≤300 пор/мм2 (2 балла в соответствии с [2]) до заданной конечной величины Ns≥3000 пор/мм2 (7 баллов в соответствии с [2]). По полученным данным была построена в логарифмических координатах зависимость (фиг.8):
Ns=f(τ), (4)
где τ - время развития дефектов от выбранной начальной точки.
Кроме того, ранее экспериментально было установлено, что состояние металла натурного паропровода со степенью поврежденности (Ns)st=1000 пор/мм моделирует образец с величиной относительной сплошности ψ=0,35 (ω=0,65) (Оценка влияния напряжений и температуры на накопление поврежденности в гибах паропроводов путем моделирования живучести металла при испытании образцов с надрезом / Гладштейн В.И. // Металловедение и обработка металлов, №12 (678), декабрь 2011 г., с. 42-48 - [4]). Комбинируя указанные известные данные, можно установить необходимую степень сплошности ψi для каждого надрезанного образца в зависимости от степени поврежденности элемента паропровода, состояние металла которого этот образец моделирует.
Для этого на графике зависимости (4) (фиг. 8) отметили момент времени τst, соответствующий уровню микроповрежденностей, для которого по результатам испытаний известна относительная сплошность ψ=0,35 соответствующего образца, моделирующего состояние (Ns)st=1000 пор/мм (6 баллов) исследуемого элемента паропровода 1. Таким образом, временная точка τst на фиг.8, соответствующая относительной сплошности ψ=0,35 образца, может служить опорной временной точкой (τB)st для графика (фиг.7). С учетом этого обстоятельства, откладывая на оси ординат графика (фиг.8) значения (Ns)i, соответствующие заданным значениям hi, находили временные интервалы Δτi между полученными на оси абсцисс графика (фиг. 8) соответственными временными точками τi и указанной опорной временной точкой τst. Полученные Δτi накладывали на ось времени зависимости (3) от начальной отметки (τB)st с получением требуемых значений ωi, по которым затем определяли значения ψi и искомые значения di для соответствующего образца.
Для примера на фиг. 7 и фиг. 8 проведена указанная последовательность действий для образца, имитирующего состояние металла с (Ns)7=500, что соответствует h7=l,66. В результате были определены значения ω7=0,35, ψ7=0,65 и d7=12,70 соответствующего образца. Полученные данные для всех образцов представлены в таблице 3.
Надрезанные образцы испытали до разрушения при температуре 610°С и одинаковом усилии Р=0,0112 МН, обеспечивающем напряжение в гладкой части образца равным рабочему напряжению в гибе 2 паропровода 1 с учетом толщины снятого слоя металла. Результаты испытаний представлены в таблице 4 и на фиг.9.
По результатам испытаний образцов выбрали образец с наибольшим значением (τΒ)7=3875 час, для которого по зависимости (1) определили искомое значение hopt удаления металла. В качестве оптимального значения была получена глубина hopt=h7=l,66 мм.
Способ ремонта металлических деталей с зарождающимися с поверхности микродефектами, включающий выявление зоны с опасной концентрацией микродефектов и удаление части металла путем зачистки указанной зоны с удалением окалины и металла с поверхности детали, достаточной для оптического исследования поверхности указанной зоны, отличающийся тем, что последовательно удаляют по меньшей мере два поверхностных слоя металла в указанной области оптического исследования с определением поверхностной плотности (Ns)i расположения микродефектов после удаления каждого из указанных слоев, для исследуемой области по полученным значениям (Ns)i на разных глубинах hi их залегания от начальной зачищенной поверхности определяют зависимость Ns=f(h)i, экстраполируют указанную зависимость на неисследованную область глубин удаления металла в пределах общей глубины hmax наличия микродефектов в данной зоне или в пределах минимального запаса прочности оставшегося после удаления металла сечения детали, намечают 4-5 точек (Ns)i, включая экстраполированные значения, изготавливают несколько цилиндрических образцов одинакового исходного диаметра D0 из такого же металла, как у данной детали или элемента, в количестве по числу значений (Ns)i, причем D0 выбирают исходя из предельной нагрузки испытательной машины и механических свойств металла цилиндрических образцов, каждый из указанных образцов протачивают до диаметра Di, определяемого из условия равенства напряжений в поперечном сечении образца при заданной нагрузке испытательной машины и в соответствующем сечении детали при рабочей нагрузке, каждый образец ослабляют соответственно ослаблению детали выявленными на глубине hi микродефектами, для чего на образце выполняют кольцевой надрез до диаметра di, испытывают надрезанные образцы до разрушения при температуре на (60-70)°С выше рабочей при одинаковом усилии, обеспечивающем напряжение в гладкой части образца равным рабочему напряжению в детали с учетом толщины удаленного слоя металла, и по результатам испытаний образцов выбирают образец с наибольшим значением времени до разрушения образца, для которого по зависимости Ns=f(h)i определяют искомое значение hopt глубины удаления металла.
Содержательная часть РИД:
Хеш-код депонирования:
3bdf679551f1ae64001bc278c177900d4ed18b64b66fd8e3eca5c5c8a8040075
Источник поступления информации:
Портал edrid.ru
Показаны записи 41-45 из 45.
12.11.2018
№218.016.9c60
Модель конвективного радиационного теплопереноса в рабочей зоне газогенераторной установки газификации твердых топлив для энергетики и промышленности
Программа предназначена для решения задач переноса массы, импульса и энергии в
рабочей зоне газогенераторной установки с учетом конвективного радиационного переноса
и может применяться в прикладных научных исследованиях с целью создания установок
газификации твердых топлив для энергетики и...
Тип: Программа для ЭВМ
Номер охранного документа: 2017615898
Дата охранного документа: 25.05.2017
12.11.2018
№218.016.9c61
Модель гетерогенного течения и тепломассопереноса водоугольной смеси в канале газогенераторной установки газификации твердых топлив для энергетики и промышленности
Программа предназначена для решения задач переноса массы, импульса и энергии в канале
газогенераторной установки и может применяться в прикладных научных исследованиях с
целью создания установок газификации твердых топлив для энергетики и промышленности,
а также в учебном процессе вузов....
Тип: Программа для ЭВМ
Номер охранного документа: 2017616146
Дата охранного документа: 01.06.2017
12.11.2018
№218.016.9c62
Модель конвективного теплопереноса в одиночной частице угольного топлива для целей создания установок газификации твердых топлив для энергетики и промышленности
Программа предназначена для решения задач конвективного тепломассопереноса в
одиночной частице угольного топлива и может применяться в прикладных научных
исследованиях с целью создания установок газификации твердых топлив для энергетики и
промышленности, а также в учебном процессе вузов....
Тип: Программа для ЭВМ
Номер охранного документа: 2017616145
Дата охранного документа: 01.06.2017
12.11.2018
№218.016.9c63
Модель конвективного тепломассопереноса в канале с пористой вставкой
Программа предназначена для решения задач конвективного тепломассопереноса в канале с
пористой вставкой и может применяться в прикладных научных исследованиях с целью
создания установок газификации твердых топлив для энергетики и промышленности, а
также в учебном процессе вузов. Программа...
Тип: Программа для ЭВМ
Номер охранного документа: 2017616242
Дата охранного документа: 02.06.2017
12.11.2018
№218.016.9c65
Тип: Патент
Номер охранного документа: 2625552
Дата охранного документа: 14.07.2017
Показаны записи 11-14 из 14.
08.11.2018
№218.016.9b36
Способ консервации теплового состояния остановленного барабанного котла
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для
консервации теплового состояния остановленных барабанных паровых котлов
энергоблоков тепловых электростанций и теплоэлектроцентралей, преимущественно
оборудованных парогазовыми установками маневренного типа, то есть...
Тип: Патент
Номер охранного документа: 2529748
Дата охранного документа: 30.03.2015
09.11.2018
№218.016.9c23
Способ эксплуатации парогазовой установке в маневренном режиме
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к энергетическим комбинированным парогазовым установкам (ПГУ).
Тип: Патент
Номер охранного документа: 2585156
Дата охранного документа: 28.04.2016
09.11.2018
№218.016.9c25
Пгу-тэц с пиковым топливосжигающим паровым котлом
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована преимущественно на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) при их новом строительстве или техническом перевооружении на более экономичное и маневренное оборудование.
Тип: Патент
Номер охранного документа: 157344
Дата охранного документа: 05.11.2015
09.11.2018
№218.016.9c28
Узел выпуска жидкого шлака из реактора горнового типа для газификации твердого топлива
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована
при разработке энергетических парогазовых установок (ПТУ) с внутрицикловой
газификацией твердого топлива, обеспечивающей возможность использования
твердых топлив в газотурбинной части парогазового цикла, требующей для...
Тип: Патент
Номер охранного документа: 163323
Дата охранного документа: 23.06.2016
