К ВОПРОСУ О ДЕФОРМАЦИИ КОЛЕЦ ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

Крупногабаритные кольца, изготавливаемые различными способами обработки металлов давлением, используются во многих отраслях промышленности. Для энергетической промышленности актуальным является производство бандажных колец из немагнитной аустенитной стали для укрепления лобовых частей обмоток роторов турбогенераторов большой единичной мощности. В процессе эксплуатации установки бандажное кольцо является одним из наиболее нагруженных элементов. Вследствие этого материал бандажных колец должен обладать высокими прочностными свойствами, достаточной пластичностью и хорошей магнитной проницаемостью. Деформация колец внутренним давлением является наиболее перспективным и эффективным способом их холодного упрочнения, обеспечивающим благоприятное и равномерное напряженно-деформированное состояние металла при производстве немагнитных бандажных колец мощных турбогенераторов. Поскольку к окончанию процесса холодного упрочнения готовое кольцо должно приобрести конкретные размеры и заданную степень деформации, актуальной задачей является расчет размеров исходного кольца. Существующая методика во многом опирается на опытные данные производства и применима лишь для узкого диапазона колец, что снижает точность расчета и, в конечном счете, приводит к увеличению припусков кольца и снижению коэффициента использования металла. В работе разработана и предложена новая методика расчета исходных размеров колец, в основе которой лежит условие несжимаемости. С учетом заложенных краевых условий составлена система из двух уравнений с тремя неизвестными. Для решения неполной системы уравнений предложено ввести дополнительные уравнения: в первом варианте методики использовано известное решение А. Надаи, во втором – условие постоянства относительной толщины стенки кольца, допустимое исходя из опытных данных деформирования колец разных размеров. Результаты расчета размеров исходных колец по обеим предложенным методикам были сопоставлены с опытными данными. Максимальное расхождение не превышает 4 %, а среднее значение не превышает 1 %, что указывает на достаточно высокую точность предложенных методик расчета и возможность использования их в производственной практике.

1. Готлиб Б.М., Вакалюк А.А. Производство бандажных колец мощных турбогенераторов: технология и управление // Фундаментальные исследования. 2011. № 12. С. 96 – 101.

2. Готлиб Б.М., Вакалюк А.А. Автоматизация процесса гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2013. № 3 (19). С. 18 – 33.

3. Токарев А.Г., Савчинский И.Г., Сивак Р.И. Деформационное упрочнение заготовок бандажных колец турбогенераторов мощностью 500 МВт // Обработка металлов давлением. 2010. № 4 (25). С. 94 – 98.

4. Колупицкий К.А. Этапы модернизации конструкции роторных бандажей турбогенераторов // Известия СПБГЭТУ ЛЭТИ. 2016. № 9. С. 38 – 41.

5. Wang Zh.,Ning X., Meng Q. etс. A new insight into manufacturing fine-grained heavy retaining rings // Materials and design. 2016. Vol. 103. P. 152 – 159.

6. Surzhenko I., Glavatska N., Berns H. Texture formation and anisotropy of mechanical properties of retaining rings made of austenitic CrMnN steel // Mat. – wiss. U. Werkstofftech. 2005. No. 2 (36). P. 51 – 55.

7. Готлиб Б. М., Вакалюк А. А. Нечеткое регулирование процесса гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра на гидравлическом прессе усилием 300 МН // Вестник УГАТУ. 2012. Т. 16. № 2 (48). С. 70 − 75.

8. Li F., Zhang H., He W. etс. Compression and tensile consecutive deformation behavior of Mn18Cr18N austenite stainless steel // Jinshu Xuebao /Acta Metallurgica Sinica. 2016. Vol. 52 (8). P. 956 – 964.

9. Wang Z.H., Sun S.H., Wang B. etс. Importance and role of grain size in free surface cracking prediction of heavy forgings // Material Science Engineering A. 2015. Vol. 625. P. 321 – 330.

10. Wang Zh., Fu W., Sun Sh. Effect of preheating temperature on surface cracking of high nitrogen CrMn austenitic stainless steel // Journal of Materials Science & Technology. 2010. Vol. 26(9). P. 798 – 802.

11. Olmi G., Freddi A. LCF on turbogenerator rotors and coil retaining rings: material characterization and sensitivity analyses // The European Physical Journal Conferences. 2010. Vol. 6. P. 1 – 9.

12. Ren Y.L., Niu L.J., Ren J., Qi Z.Y. Dimension and property prediction of retaining ring in hydraulic expansion // Suxing gongcheng xuebao. 2014. Vol. 21(6). P. 1 – 6.

13. Olmi G., Freddi A. Reliability assessment of a turbogenerator coil retaining ring based on low cycle fatigue data // Archive of mechanical engineering. 2014. No. 1. P. 5 – 34.

14. Balyts’kyi O.I. Corrosion-mechanical characteristics of the materials of nonmagnetic shroud rings of turbogenerators. I. 8Mn-8Ni-4Cr and 18Mn-4Cr steels // Materials Science. 1997. Vol. 33(4). P. 539 – 552.

15. Balyts’kyi O.I. Corrosion-mechanical characteristics of the materials of nonmagnetic retaining rings of turbogenerators. II. Highnitrogen 18Mn−18Cr steels // Materials Science. 1998. Vol. 34(1). P. 97 – 109.

16. Balyts’kyi O.I. Corrosion-mechanical characteristics of the materials of nonmagnetic retaining rings of turbogenerators. III. Crack formation in the course of service // Materials Science. 1998. Vol. 34(2). P. 279 – 287.

17. Sherlock T.P., Jirinec M.J. Failure of non-magnetic retaining ring in a high-speed generator rotor. Handbook of case histories in failure analysis / K.A. Esakul. Vol. 2. − ASM International, 1992. − 525 p.

18. Orita K., Ikeda Ya., Iwadate T, Ishizaka J. Development and production of 18Mn-18Cr non-magnetic retaining ring with high yield strength // ISIJ International. 1990. Vol. 30(8). P. 587 – 593.

19. Унксов Е.П., Джонсон У., Колмогоров В.Л. Теория пластических деформаций металлов / Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. – М.: Машиностроение, 1983. – 598 с.

20. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел / Пер с англ. под ред. Г.С. Шапиро. – М.: Иностранная литература, 1954. – 647 с.