Symulacja komputerowa procesu napawania tarczy turbiny

• Autorzy: Zagrajek T. , Dacko A. , Krzesiński G. , Marek P.

Warianty tytułu

EN

Computer simulation of turbine disc pad welding

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono procedurę obliczeniową metody elementów skończonych (MES) dla analizy nieustalonych pól temperatury i naprężeń resztkowych w trakcie napawania tarczy turbiny. Zbudowany został termomechaniczny model obliczeniowy MES, wykorzystujący pakiet programów ANSYS. Model ten posłuży l do wyznaczenia nieustalonych pól temperatury i naprężeń resztkowych występujących w trakcie wielowarstwowego napawania, wyżarzania (relaksacji naprężeń) i końcowego frezowania kształtowego (usunięcie części materiału). Wszystkie właściwości termomechaniczne są funkcjami temperatury. Model uwzględnia również zmiany objętości wywołane przemianami fazowymi materiału. Przeprowadzone analizy pokazują, że zaproponowana metoda symulacji złożonego procesu technologicznego prowadzi do prawidłowych jakościowo wyników. Otrzymane rezultaty pozwalają na sformułowanie interesujących wniosków dotyczących znaczenia różnych czynników dla końcowych naprężeń własnych w strukturze. Efektywność omawianych symulacji jest limitowana głównie przez brak wiarygodnych szczegółowych danych wejściowych dotyczących właściwości materiałowych oraz parametrów opisujących modele matematyczne analizowanych procesów technologicznych.

EN

In the paper a computational procedurę ofthe finite element method (FEM) is presented for the purpose of analyzing temperature fields and residual stress states in the course of pad welding of a steel turbine disk. A coupled thermo-mechanical three-dimensional (3-D) finite element model was developed on the basis of the ANSYS software. This model was used to evaluate the transient temperature and the residual stress fields during multi-pass pad welding, annealing (stress relaxation) and final profile milling (removing the part of the material). Ali thermo-mechanical material properties are functions of temperature. The model also takes into account volumetric expansion/shrinkage which occurs due to phase transitions. The performed analyses show that the proposed approach of simulation of the sophisticated technological processes provides the results which arę correct from the qualitative point of view. The obtained results enable to draw interesting conclusions concerning the importance of different factors for thermal residual stresses within the structure. The effectiveness of the discussed simulations is limited mainly because of the lack of reliable detailed input data concerning material properties and the parameters describing mathematical models of the analysed technological processes.

Słowa kluczowe

PL

napawanie; regeneracja tarczy turbiny; naprężenia resztkowe; metoda elementów skończonych

EN

pad welding; turbine disc regeneration; residual stresses; finite element method

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 38--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zagrajek T.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

autor

Dacko A.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

autor

Krzesiński G.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

autor

Marek P.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

Bibliografia

• [1] Szklarz J.: Doświadczenia ŻRE Katowice SA w zakresie napraw przez spawanie wirników turbin parowych. „Energetyka", 2013, R. 66, Nr 4 (706).
• [2] Nowacki J., Wypych A.: Napawanie w regeneracji głowic cylindrowych silników okrętowych. „Przegląd Spawalnictwa", 2011, 10, s. 56-60.
• [3] Dobrzanski LA., Dobrzańska-Danikiewicz A.D.: Obróbka powierzchni materiałów inżynierskich. Technologie z wykorzystaniem promieniowania laserowego i innych technologii spawalniczych [w:] Obróbka powierzchni materiałów inżynierskich. „Open Access Library", 2011, vol. 5.
• [4] Chiumenti M., Cen/era M., Salmi A., Saracibar C.A., Dialami N., Matsui K.: Finite element modeling of multi-pass welding and shaped metal deposition processes. „Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering", 2010, 199, p. 2343-2359.
• [5] Ciupiński Ł., Krzesiński G., Marek P., Zagrajek T., Fellinger J., Bykov V., Dudek A., Schauer F., Panin A.: Limit analysis of W7-X critical magnet system components with considerration of material serration effect. „Fusion Engineering and Design", 2011, vol. 86, p. 1501-1505.
• [6] Deng D., Murakawa H.: Finite element analysis of temperature field, microstructure and residual stress in multi-pass butt-welded 2.25Cr-1Mo steel pipes, „Computational Materials Science" 2008, 43, p. 681-695.
• [7] Turyk E., Senczenkow l.K., Czerwinko O.P.: Przebiegi chwilowych zmian pola temperatury, struktur oraz stanu naprężeń spawalniczych napawanej rolki linii ciągłego odlewania stali. „Przegląd Spawalnictwa", 2011, 10,s.8-11.
• [8] Chmielniak T., Kosman G.: Obciążenia cieplne turbin parowych. WNT, Warszawa 1990.