Анотація до роботи:

Ріпей І. В. Роботоздатність конструкційних матеріалів під час тривалої експлуатації турбоагрегату ТЕС. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. – Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів, 2006.

Проаналізовано випадки пошкоджень конструкційних матеріалів системи турбіна-турбогенератор і встановлено визначальні елементи, які обмежують ресурс турбоагрегату. Виявлено закономірності зміни структури та властивостей теплостійких сталей турбоагрегату під час тривалої експлуатації. Простежено зміни швидкості росту тріщин у корпусних виливках залежно від кількості пусків турбоагрегату. Виявлено зміни структури та зниження рівня твердості роторів парових турбін під час тривалої експлуатації. У місцях максимального механо-термічного впливу роторів турбогенераторів зафіксовано зміни структури та властивостей. З’ясовано вплив хлоридних та воденьвмісних середовищ на роботоздатність роторних і бандажних сталей, а також мідних обмоток турбогенераторів.

У дисертації узагальнено закономірності впливу експлуатаційних середовищ на пошкоджуваність, зміну структури і механічних властивостей, в тому числі тріщиностійкість, конструкційних матеріалів турбоагрегату ТЕС, а також розроблено матеріалознавчі засади щодо оцінки їх довговічності.

1. На підставі аналізу експлуатаційної деградації конструкційних матеріалів системи турбіна-турбогенератор виявили визначальні конструктивні елементи, що обмежують його ресурс. Для парової турбіни такими є ротори та корпусні деталі, для турбогенератора – роторно-бандажний вузол.

2. Металографічними дослідженнями сталей роторів парових турбін після 5,010⁴…2,010⁵ год експлуатації виявлено мікроструктурні зміни, пов'язані з розпадом та сфероїдизацією цементиту бейнітної складової та зниженням твердості (на 10…12%) і міцності металу.

3. Встановлено, що внаслідок підгартування під час експлуатації локальних ділянок роторів ТГ їх твердість зростає на 50...100 HB. Це призводить до зниження опору руйнуванню. Запропоновано підвищувати тривалу міцність роторної сталі у наводнювальних середовищах поверхневим зміцненням ППД (дробиноструминною обробкою або чеканкою). Водночас зміцнення сталі термічною обробкою для підвищення границі текучості від 600 до 800 МПа спричиняє суттєве зниження опору втомному росту тріщини.

4. Виявлено, що тривала експлуатація (до 2,810⁵ год) литої сталі 20ХМФЛ парових турбін супроводжується утворенням складних карбідів та зниженням на 15% основних механічних характеристик, а зі збільшенням кількості пусків турбоагрегату ріст експлуатаційних тріщин пришвидшується. З’ясовано, що під час обчислення допустимого терміну експлуатації сталі з наявними тріщинами необхідно враховувати зміну швидкості її підростання залежно від кількості пусків турбоагрегату між обстеженнями.

5. Експлуатована у водні азотиста сталь 12Х18АГ18Ш має вищий, ніж сталь 60Х3Г8Н8В, опір водневому окрихченню і втомному росту тріщини як на повітрі, так і під час електролітичного наводнювання та не виявляє низькоенергоємного міжкристалітного руйнування. Катіони міді концентрацією від 0,02 до 1,00 г-ioн/л у хлоридовмісному середовищі підвищують швидкість корозії сталі від 0,52 до 14,50 мм/рік, на 80% знижують її пластичність і зумовлюють виразкову корозію та міжзеренне корозійне розтріскування, що понижує ресурс турбоагрегату.

6. Виявлено, що роторна мідь схильна до загальної корозії в аерованому 22%-му розчині NaCl. Рентгеноструктурним аналізом продуктів корозії міді у насичених розчинах хлоридів зафіксовано солі, основи, оксиди та гідрооксиди міді. Аналіз даних про кількість й розміри виявлених нерозчинних частинок та усунення їх за допомогою мікрофільтрів є необхідний крок для запобігання закупорюваності охолоджувальних систем турбоагрегату та продовження його ресурсу.

7. Оцінками живучості бандажних кілець встановлено, що критична глибина дефекту, розміщеного на внутрішній поверхні бандажа зі сталі 60Х3Г8Н8В, не перевищує 20,0 мм для ротора генератора ТГВ–200 та 22,5 мм для ТГВ–300.

8. Результати роботи використані Львівським КБ Мінпаливенерго України під час підготовки нормативних документів ”Методичні вказівки з оцінки технічного стану бандажів роторів турбогенераторів” та ”Методичні вказівки з діагностики технічного стану і оцінки ресурсу литих корпусних деталей парових турбін”, а також на Добротвірській та Бурштинській ТЕС під час діагностичних оглядів та ремонтних робіт на турбоагрегатах.

Публікації автора:

1. Balitski A., Krohmalny O., Ripey I. Hydrogen cooling of turbogenerators and the problem of rotor retaining ring materials degradation // International Journal of Hydrogen Energy. – 2000. – Vol. 25. – № 2. – P. 167–171.

2. Балицький О., Крохмальний О., Ріпей І. Корозійно-механічні властивості мідних обмоток потужних турбогенераторів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – Cпец. вип. № 1. – Т. 1. – 2000. – С. 255–260.

3. Вплив параметрів охолоджуючого середовища на корозійну тривкість мідних обмоток турбогенераторів серії ТЗВ / О. Балицький, О.Крохмальний, Д. Завербний, І. Ріпей // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – Спец. вип. № 3. – 2002. – С. 113–118.

4. Балицький О., Ріпей І. Корозійно-механічні властивості роторних сталей парових турбін // Праці наукового товариства ім. Шевченка. Матеріалознавсто і механіка матеріалів. – Львів, 2003. – Т. ІХ. – C. 108–118.

5. Балицький О. І., Крохмальний О. О., Ріпей І. В. Корозійно-механічне руйнування сталі 12Х18АГ18Ш у хлоридовмісних середовищах з катіонами міді // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2003. – № 5. – C. 27–30.

6. Оцінка пошкоджень колектора водяного економайзера тріщинами термічної втоми / Р. Косаревич, О. Студент, Я. Онищак, А. Марков, І. Ріпей, Б. Русин, Г. Никифорчин // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2004. – № 1. – C. 109–114.

7. Corrosion-mechanical accidents with rotor-retaining ring units made from stainless steels and Ti–alloys / A. Balitskii, P. Kawiak, E. Lach, G. Mascalzi, I. Ripey, R. Thomas // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – Спец. вип. № 4. – 2004. – С. 93–97.

8. Балицький О., Онищак Я., Ріпей І. Пошкоджуваність та живучість роторів парових турбін // Машинознавство. – 2004. – № 5. – С. 23–27.

9. Балицький О. І., Ріпей І. В., Процах Х. А. Деградація вилитих елементів парових турбін ТЕС зі сталі 20ХМФЛ під час тривалої експлуатації // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2005. – № 3. – C. 123–125.

10. Пошкодження та надійність роторів турбогенераторів / О. Балицький,
І. Ріпей, Х. Процах, П. Кав’як // Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. ”Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій” (1–4 листоп. 2005 р.). – К.: Ін-т проблем міцності ім. Г. С. Писаренка, 2005. – Т. 1. – С. 27–28.

11. Опір корозійно-механічному руйнуванню високоазотної немагнітної хромомарганцевої сталї при статичному та циклічному навантаженні / О. Балицький, І. Волков, О. Крохмальний, І. Ріпей, М. Швець // Матеріали 4-ї міжнар. конф.-вист. ”Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів” (”Корозія-98”) (9–11 черв. 1998 р.). – Львів, 1998. – C. 159–162.

12. Балицький О. І., Крохмальний О. О., Ріпей І. В. Тріщиностійкість хромомарганцевих сталей під циклічним та статичним навантаженням і живучість бандажів потужних турбогенераторів // Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій. – Львів: Каменяр, 1999. – Вип. 2, Т. 3. – С. 105–109.

13. Technological environments influence on resource and reliability NPP and FPP equipment rotors / A. Balitskii, L. Bilyi, P. Kawiak, Ya. Onystchak, I. Ripey, R. Viswanathan // Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій / За заг. ред. В. В. Панасюка. – Львів: Фіз.-мех. ін-т ім. Г. В. Карпенка НАН України, 2004. – P. 515–520.

14. Балицкий А. И., Крохмальный О. А., Рипей И. В. Водородное охлаждение мощных турбогенераторов и проблема деградации материалов роторно-бандажного узла // Водородная обработка материалов: Сб. инфор. материалов Второй междунар. конф. "ВОМ–98" (2–4 июн. 1998 г.). – Донецк, 1998. – С. 175.

15. Ріпей І. Тріщиностійкість та корозія мідних обмоток турбогенераторів у хлоридовмісному середовищі // Матеріали XV відкритої наук.-техн. конф. молодих науковців і спеціалістів Фізико-механічного інституту ім. Г. В. Карпенка НАН України (КМН–2000) (23–25 трав. 2000 р.). – Львів: Фіз.-мех. ін-т ім. Г. В. Карпенка НАН України, 2000. – C. 10–11.

16. Ріпей І. Корозія та характер руйнування мідних сплавів, які застосовуються в електроенергетиці // Матеріали XVI відкритої наук.-техн. конф. молодих науковців і спеціалістів Фізико-механічного інституту ім. Г. В. Карпенка НАН України (КМН–2001) (16–18 трав. 2001 р.). – Львів: Фіз.-мех. ін-т ім. Г. В. Карпенка НАН України, 2001. – C. 83–86.

17. Ріпей І. В. Пошкоджуваність мідних обмоток турбогенераторів: причини та діагностика виникнення // Матеріали для енергетики: Зб. наук. пр. – Вип. 1. – Львів, 2001. – C. 52–54.

18. Ріпей І., Онищак Я. Пошкодження та живучість роторів парових турбін // Тези доп. Шостого міжнар. симп. укр. інженерів-механіків у Львові: (21–23 трав. 2003 р.). – Львів: Кінпатрі лтд., 2003. – C. 159–160.

19. Influence of rotor structural materials and technological hydrogen environment iteraction on resorce of turbogenerator / A. Balitskii, L. Bilyi, P. Kawiak, P. Kochmanski, I. Ripey // Hydrogen treatment of materials: Proc. of the Fourth Intern. Conf. ”HTM–2004” (May 17–21, 2004). – Donetsk; Svyatogorsk, 2004. – P. 513–516.