Офіційний веб сайт

Методи оцінювання роботоздатності елементів конструкцій енергетичного обладнання за наводнювання

м76

Представлено Фізико-механічним інститутом ім. Г.В.Карпенка НАН України

Автор: Чепіль О.Я., к.т.н.,  Дорош М.І., к.т.н., Лисечко В.О.,к.ф.-м.н  

Створено основи методології оцінювання роботоздатності конструктивних елементів енергетичного обладнання з урахуванням впливу водню на метал.

Отримано низку фундаментальних результатів, які полягають у визначенні експлуатаційного ресурсу конструкційних елементів з урахуванням їх наводнювання за наявності нестаціонарного нерівномірного температурного поля та змінного тиску водню; розробці методики з визначення напружено-деформованого стану великогабаритних трубних конструкцій з порожнистою стінкою.

Робота містить пріоритетні результати з визначення перерозподілу водню навколо колового концентратора напружень, тріщини та жорсткого включення за дії зовнішніх навантажень у наводнених пружних тілах; у встановлені геометричних параметрів та розрахунку енергії кристалічного тіла з дислокаційною тріщиною; встановлення основних залежностей характеристик розсіювання акустичного поля фрагментами жорстких та м’яких конічних поверхонь від геометричних параметрів і частоти.

Авторами здійснено оцінку взаємовпливу дифузійного процесу та поля напружень в системі метал-водень; досліджено напружено-деформований стан кристалічного тіла з дислокаційною тріщиною, на одній з вершин якого задано стрибок переміщень, а на другій – береги змикаються.

Результати циклу мають значення для інженерних розрахунків міцності і визначення довговічності паропроводів, магістральних газо- і нафтопроводів, великогабаритних трубних конструкцій з порожнистою стінкою, елементів конструкцій енергетичного обладнання.

 

Кількість публікацій: 28, в т.ч. за тематикою роботи 26 статей. Загальна кількість посилань на публікації авторів складає 5 (згідно з базою даних SCOPUS), h-індекс = 3. Отримано патент України на корисну модель та свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір.

Надіслати коментар

Коментарі

О.О. Стрельнікова, доктор технічних наук, професор

Проблема впливу водню на поведінку металічних матеріалів і елементів конструкцій є дуже актуальною завдяки здатності водню виключно шкідливо діяти на механічні властивості і цілісність цих матеріалів. Негативний вплив водню посилюється за дії термосилового навантаження. Особливо гостро ця проблема проявляється для обладнання хімічних, енергетичних та інших виробництв. З різних причин (плановий та позаплановий ремонт, профілактика, аварія, тощо) його зупиняють, охолоджують до кімнатних температур, виконують необхідні регламентні роботи, а потім знову запускають. Після кожного зупину - запуску кількість сорбованого металом водню збільшується, що врешті - решт приводить до руйнування матеріалу.
Виходячи з цього, при дослідженні ресурсу конструкцій, що експлуатуються у водневмісному середовищі і зазнають силових чи теплових впливів, необхідно розв’язувати дві взаємопов’язані задачі: з одного боку досліджувати кінетику перерозподілу водню в металі, а з іншого – проводити аналіз умов виникнення і кінетики розвитку пошкодження на основі розрахункових критеріїв, що відображають вплив водню на деформаційні та міцнісні характеристики матеріалу.
Тому цикл наукових праць О.Я. Чепіль, М.І. Дороша та В.О. Лисечка в якому запропоновано методику для розв’язання задач такого плану, є актуальним і важливим з науково-практичної точки зору.
Його метою було запропонувати методи оцінки залишкового ресурсу елементів конструкцій, що працюють в контакті з водневмісними середовищами.
Згідно поставленої мети претендентами на премію запропоновано алгоритм який надав можливість визначити розподіл енергії деформування для елементів конструкції за різних швидкостей охолодження та кількості зупинок, що дозволило спрогнозувати їх залишкову довговічність.
Враховуючи зміст роботи, її наукове обґрунтування та практичну цінність, вважаю, що робота “Методи оцінювання роботоздатності елементів конструкцій енергетичного обладнання за наводнювання” заслуговує на присудження премії Президента України для молодих учених за 2017 рік.

Бутрим Олександр Юрійович, доктор фіз.-мат. наук

Робота є теоретичним дослідженням важливої науково-технічною проблеми пошкоджуваності енергетичного устаткування за наводнювання. Актуальність цієї тематики є поза всяким сумнівом. Слід зазначити, що особлива увага приділена методам діагностування, що базуються на вивченні взаємодії зондуючої хвилі (у даному випадку акустичної) із зонами пошкодженості. Автори розробили числові алгоритми і програмні засоби, що дозволило вивчити вплив водню на тріщиноподібний дефект; встановити критерій пошкодженості елементів енергетичного обладнання за наводнювання та провести оцінку міцності великогабаритних трубних конструкцій. Залучення до даного дослідженні математичного апарату теорії дифракції акустичних хвиль, що є основою сучасного неруйнівного контролю, дозволяє встановлювати кількісні оцінки впливу сингулярних точок поверхні (країв та вершин) та її фізичних особливостей на перебіг процесів руйнування.

Бутрим О. Ю.
Провідний науковий співробітник, професор кафедри теоретичної радіофізики Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, докт. фіз.-мат. наук, доцент

Зав. каф. ТМ ЛНТУ, д.т.н., проф. Максимович О.В.

Елементи енергетичного обладнання, які є складовими частинами відповідальних технічних об'єктів, піддаються впливу термомеханічного навантаження та агресивних середовищ. На даний час існує значна кількість енергетичних об'єктів, час експлуатації яких наближається до проектного ресурсу або перевищує його. У зв'язку з цим досить важливою проблемою є оцінка показників надійності і прогнозування залишкового ресурсу. Існуючі на сьогодні нормативні документи для розрахунку міцності та роботоздатності елементів енергетичного обладнання або орієнтовані на детермінований підхід, або наближено враховують випадковий характер параметрів навантаження та водневмісного середовища введенням відповідних коефіцієнтів запасу або розрахункових кривих. У зв'язку з цим, нормативні розрахункові схеми найчастіше є дуже далекими від умов роботи реальної конструкції, яка піддається впливу випадкових факторів. Тому виникла проблема побудови адекватних математичних моделей процесів деформування та отримання надійних характеристик для оцінки міцності, втомної довговічності та роботоздатності конструкцій.
Отримані авторами теоретичні та практичні результати даної роботи можуть бути використані для розрахунку і прогнозування працездатності елементів енергетичного обладнання, що використовуються в багатьох галузях народного господарства.
Вважаю, що поданий цикл праць ” Методи оцінювання роботоздатності елементів конструкцій енергетичного обладнання за наводнювання ” за своєю актуальністю, науковою новизною, практичним значенням, а також впровадженням у виробництво заслуговує на присвоєння премії Президента України для молодих учених за 2017 рік.

Завідувач кафедри
технічної механіки
Луцького національного
технічного університету,
доктор технічних наук, професор О. В. Максимович

Президент Корпорації «Енергоресурс-інвест» Ніронович І.О.

В роботі запропоновано нові підходи проектування та розрахунку довготривалої міцності поліетиленових циліндричних конструкцій з порожнистими стінками. На даний час такі результати щодо оцінювання роботоздатності та довговічності елементів стільникових труб за сумісної дії навантажень, спричинених внутрішнім тиском та зовнішнім грунтовим середовищем, використовуються Корпорацією “Енергоресурс-інвест” для проектування та оцінки довговічності стільникових поліетиленових трубних елементів конструкцій. На основі розробленого авторами підходу встановлено допустимий робочий тиск внутрішнього середовища для одно- та двошарових стільникових труб. Розраховано глибину укладання в грунт стільникових труб, а також допустимі розміри заглиблених стільникових резервуарів.
Оригінальними також є результати, що стосуються перерозподілу водню навколо концентраторів напружень за дії зовнішніх навантажень у наводнених тілах та теоретичні дослідження встановлення основних залежностей характеристик розсіювання акустичного поля фрагментами жорстких та м’яких канонічних (конічних) поверхонь від геометричних параметрів і частоти.
Результати роботи є необхідними при оцінюванні ресурсу та проектуванні елементів вітчизняного енергетичного обладнання. З огляду на наведене вище вважаю доцільним присудження Премії Президента України для молодих вчених авторам Чепіль О.Я., Дорошу М.І. та Лисечку В.О.

Президент Корпорації «Енергоресурс-інвест»,
кандидат технічних наук,
лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки,
заслужений енергетик України
Ніронович Іван Опанасович

Дмитрах Ігор Миколайович, член-кореспондент НАН України

Актуальність представленої роботи та її соціальна і економічна значимість не викликають сумнівів, оскільки значна частина вітчизняних енергоблоків вже вичерпала або наближається до завершення планового терміну експлуатації.
Запропоновані нові математичні моделі та розроблені на їх основі методи оцінки напружено-деформованого стану відповідальних елементів енергетичного устаткування дають можливість швидко та ефективно проаналізувати стан того чи іншого елемента конструкцій за наводнювання та достовірніше оцінити можливість його експлуатації понад запланований ресурс.
Результати роботи мають пряме практичне використання при оцінюванні залишкового ресурсу та безпечної роботи критичних елементів діючих енергоблоків, а також при розробленні та проектуванні нового енергетичного устаткування.
Враховуючи актуальність, оригінальність та наукову новизну роботи, великий обсяг проведених досліджень та одержані при цьому важливі практичні результати, вважаю, що її автори заслуговують присудження їм премії Президента для молодих вчених.

Ярослав Іванович Кунець

Тримкість (несуча здатність) елементів конструкції енергетичного обладнання, які експлуатуються в умовах близьких до граничних, з часом втрачається. Один із головних факторів, який визначає цю властивість є воднева деградація металу. Водень, який легко дифундує у метал зменшує пластичність його макрооб’ємів. Тому розроблення методів оцінювання напружено-деформованого стану елементів конструкцій енергетичного обладнання, що працюють за дії агресивного водневмісного середовища, є надзвичайно важливим. Судячи із реферату даної роботи, автори намагаються побудувати нові підходи до оцінювання роботоздатності, що концептуально різняться від стандартних галузевих методик. Взагалі кажучи, забезпечення надійності та безпеки енергообладнання за дії агресивного водневмісного середовища є однією із найважливіших науково-технічних проблем промисловості України. Тому, на мій погляд, цикл праць, що запропонований авторами даного дослідження, напрямлений на часткове розв’язання цієї актуальної проблеми. У зв’язку із цим, повністю підтримую дану роботу на здобуття Премії Президента України для молодих вчених.

Я. І. Кунець,
завідувач відділу обчислювальної механіки деформівних систем
Інституту прикладних проблем механіки і математики
ім. Я. С. Підстригача НАН України,
ст. наук. співр., доктор фізико-математичних наук

Юзевич Володимир Миколайович

Робота молодих вчених Чепіль О.Я., Дорош М.І., Лисечко В.О. присвячена розробці теоретичних засад і побудові моделей процесу деформування та уповільненого руйнування в умовах впливу зовнішніх навантажень та воденьвмісних середовищ, а також оцінці впливу форми поверхонь на особливості розсіювання акустичних хвиль для діагностування елементів конструкцій за їх деградації. Дослідження напружено-деформованого стану відповідних елементів конструкцій енергетичного обладнання з урахуванням реальних умов експлуатації за допомогою методу скінченних елементів дає змогу авторам розробляти більш точні критерії кількісного оцінювання ресурсу тепло-енергетичних систем під час експлуатації.
Вважаю, що робота є актуальною і має значні перспективи подальшого розвитку, а її автори заслуговують присудження премії Президента України для молодих вчених.

Юзевич Володимир Миколайович д. ф.-м. н., професор, провідний науковий співробітник Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України

Стащук Микола Григорович, д.ф.-м.н., професор

Проблеми забезпечення надійності роботи енергетичного обладнання та подовження термінів його експлуатації належать до найактуальніших у вітчизняній енергетиці. Робота авторів Чепіль О.Я., Дороша М.І., Лисечка В.О. саме присвячена розробці методів оцінювання роботоздатності конструктивних елементів енергетичного обладнання з урахуванням впливу водню на метал. Високий рівень представленої роботи дає можливість використовувати її результати в практиці оцінювання ресурсу тепло-енергетичних систем під час експлуатації. Вважаю, що робота “Методи оцінювання роботоздатності елементів конструкцій енергетичного обладнання за наводнювання” за своєю актуальністю, науковою новизною та практичною цінністю заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених.

Штаюра Степан Теодорович, кандидат технічних наук

Підтримую дану роботу, гідну присудження Премії Президента України для молодих вчених.
Робота комплексна, поєднує високий фундаментальний рівень наукових досліджень з практичною значимістю. ЇЇ можна умовно розділити на три частини, які органічно доповнюють одна одну. Адже за її результатами можна розраховувати роботоздатність енергетичного обладнання у водневмісному середовищі та визначати напружено-деформований стан елементів конструкцій.
Отримані результати відповідають сучасному рівню світових досягнень у галузі механіки деформівного твердого тіла, що підтверджено публікаціями у провідних наукових журналах України та зарубіжжя.

Сулим Георгій Теодорович, доктор фіз.-мат. наук, професор

У реальних умовах експлуатації, особливо при контакті з корозійними середовищами, можливо насичення металу воднем в результаті розвитку процесів електрохімічної корозії. Для запобігання передчасного крихкого руйнування сталевих виробів, оцінки залишкового ресурсу при плануванні капітального ремонту необхідно виходити з реальних властивостей металу. Для встановлення реального стану металу після тривалої експлуатації необхідно досліджувати комплекс фізико-механічних характеристик, який дозволяє оцінити опір руйнуванню металу в умовах найбільш близьких до умов експлуатації, у тому числі при високих температурах, гострих концентраторах напружень, впливі корозійного середовища і водню. Розуміння природи процесів, що протікають в металі в ході тривалої експлуатації, дозволить прогнозувати безпечний термін служби металевих конструкцій і послужить основою для створення конструкційних матеріалів, стійких до впливу експлуатаційних факторів.
Тому запропонована робота важлива, актуальна, має практичне застосування і заслуговує на присвоєння Премії Президента України для молодих вчених за 2017 рік.

Кривень Василь Андрійович, д.ф.-м.н., професор

У процесі тривалої експлуатації енергетичного обладнання, яке працює в умовах відмінних від умов інертного середовища виникають задачі, які необхідно вирішувати в режимі реального часу та приймати технічно безпомилкові рішення. Для цього слід використовувати надійні методики, які дозволяють коректно розрахувати залишковий ресурс, пошкодженого воднем металу. Для об’єктів тривалого експлуатування властиве інтенсивне накопичення водню в металі, яке з часом приводить до руйнування. Тому проблема запобігання водневому пошкодженню на етапі експлуатації енергетичного обладнання є важливою науково-технічною задачею. Після ознайомлення із рефератом циклу праць хочу відмітити, що ключовим аспектом в даній роботі, є використання як методів механіки руйнування так і методів неруйнівного контролю. З позиції своєчасного виявлення пошкодження матеріалу неруйнівний контроль безсумнівно займає провідне місце. У роботі розвинуто методи, що дозволили створити швидкодіючі алгоритми, для моделювання звукових полів розсіяних від об’єктів змінної кривизни із сингулярностями поверхні. Це необхідно при встановленні інформаційних параметрів поля для проведення діагностування елементів конструкцій. Такі результати прискорять збір і обробку результатів вимірювань і, як наслідок, дозволять правильно оцінити деструкцію об’єкту контролю. Загалом, вважаю роботу цікавою і перспективною для проведення подальших досліджень.

В.А. Кривень,
завідувач кафедри математичних методів в інженерії Тернопільського національного технічного університету ім. Івана Пулюя,
доктор фізико-математичних наук, професор

Анатолій Прикарпатський

Обладнання часто працює у середовищах, де присутній водень, який проникає у метал крізь поверхню і акумулюється у ньому. Як наслідок його впливу змінюються фізико-механічні та фізико-хімічні характеристики металів. Вони втрачають пластичність і руйнуються за значно менших навантажень. Як показує практика, при тривалій експлуатації конструкційного обладнання у водневому середовищі стандартних методів випробовувань для оцінки їх роботоздатності є недостатньо, оскільки це може привести до заниження оцінок безпечності роботи такого обладнання. Тому, оцінюючи представлену роботу, хочу підкреслити те, що головною її цінністю є побудова нового бачення у визначенні експлуатаційного ресурсу конструкційних елементів з урахуванням наводнювання. У проведеному дослідженні, як на мене, особливе місце посідає процедура діагностування складних канонічних об’єктів. Для цього окремо розроблено потужний математичний апарат, який дозволяє проводити моделювання акустичних полів на поверхнях з круговими краями. Використовуючи розроблені у роботі підходи можна отримати їх коректну інтерпретацію, а відтак і оцінити залишковий ресурс цього об’єкта.

Прикарпатський А. К.,
доктор фізико-математичних наук, професор,
професор Дрогобицького державного педагогічного
університету ім. І. Франка

Гембара О.В., д.т.н.

Комплексна наукова робота, що розглядається, надзвичайно актуальна для сучасного етапу експлуатації тепло-енергетичної системи України. Тривалий час експлуатації конструктивних елементів, підвищення вимог нормативної бази щодо надійності та безпеки їх експлуатації вимагають ефективної системи оцінювання ресурсу енергетичного обладнання. І саме в цій роботі комплексно розкрито як дослідження напружено-деформованого стану так і методи оцінки міцності та довговічності елементів енергетичного обладнання.

Михайло Андрійчук, доктор технічних наук

Цикл наукових праць авторів О. Чепіль, М. Дороша, В. Лисечка присвячений глибинному аналізу визначальних аспектів впливу водневмісного середовища на елементи конструкцій енергетичного обладнання і на основі цього побудові методології оцінки їх працездатності. Для розв’язання цієї науково-технічної проблеми авторами, зокрема, розроблено методику оцінювання деформування елементів конструкцій у водневмісному середовищі за наявності нестаціонарного нерівномірного температурного поля та змінного тиску водню; розвинуто метод визначення напружено-деформованого та граничного станів великогабаритних трубних конструкцій з порожнистою будовою стінки для оцінювання їх міцності; досліджено ключові характеристики розсіювання акустичних хвиль поверхнями складної форми з краями та вершинами. Актуальність і значимість цієї роботи не викликає жодного сумніву і складає як науковий так і практичний інтерес. Про це в першу чергу свідчить кількість опублікованих ними наукових праць за результатами цих досліджень. Тому виходячи із вищевикладеного, вважаю, що цикл наукових праць “Методи оцінювання працездатності елементів конструкцій енергетичного обладнання за наводнювання” має високий науковий рівень та складає значну практичну спрямованість, а її автори заслуговують присудження Премії Президента України для молодих вчених.

М. І.Андрійчук,
завідувач відділу числових методів математичної фізики
Інституту прикладних проблем механіки і математики
ім. Я. С. Підстригача НАН України,
доктор технічних наук, ст. н. сп., IEEE Senior Member

Ненчук Тарас Миколайович, к.ф.-м.н., доцент

Дослідження, які проведені у даному циклі наукових праць спрямовані на вирішення актуальної науково-технічної проблеми, а саме на формування нових основ методології оцінювання роботоздатності конструкційних елементів енергетичного обладнання з урахуванням впливу водню на метал. Результатами даних досліджень можна розширити та доповнити стандартні галузеві методики, якими на даний час оцінюють експлуатаційний ресурс роботи енергетичного обладнання. Оскільки робота обладнання в агресивному середовищі, де несуча здатність, міцність і стійкість робочих елементів з часом знижується, то проведення коректного оцінювання у цих умовах є надзвичайно важливим. Крім того, результати роботи можуть мати значення для інженерних розрахунків міцності і визначення довговічності паропроводів, магістральних газо- і нафтопроводів, великогабаритних трубних конструкцій з порожнистою стінкою. Виходячи з аналізу вищенаведених фактів, вважаю, роботу цікавою і перспективною для проведення подальших досліджень.

Галій Павло Васильович, д.ф.-м.н., професор

Окремі елементи конструкцій енергетичного обладнання під час його експлуатації практично постійно контактують із середовищами, що містять водень. Як наслідок, це приводить до зміни фізико-хімічних характеристик матеріалів цих елементів, а саме зменшує їх опірність до руйнування. Така ситуація є однією із причин виходу за рамки нормального експлуатаційного режиму роботи енергетичного обладнання. Тому оцінювання роботоздатності окремих елементів конструкцій енергообладнання у заданих водневовмісних середовищах на сьогодні складає важливу науково-технічну проблему. У деякій мірі ця проблема вирішується у циклі наукових праць, що представлений колективом авторів. Ними отримано нові розрахункові методи, що слугують базовою методологією із визначення параметрів напружено-деформованого стану у стінці конструкції енергетичного обладнання, і, як наслідок, дозволяють проводити кількісне оцінювання ресурсу тепло-енергетичних систем під час експлуатації. Тому зважаючи на актуальність даної роботи, використання різноманітних підходів до її вирішення, вважаю, що вона заслуговує на високу оцінку, а її автори гідні на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Джала Василь Романович, кандидат технічних наук

Важливою позитивною рисою циклу наукових праць "Методи оцінювання роботоздатності елементів конструкцій енергетичного обладнання за наводнювання" є ґрунтовний аналіз напружено-деформаційного стану окремих елементів конструкційного обладнання, що працюють у воденьвмісних середовищах на основі побудови відповідних математичних моделей. Це дозволило дослідити взаємовплив дифузійного процесу та полів напружень у системі метал-водень; представити рекомендації для довготривалої і надійної експлуатації основних типів стільникових трубних конструкцій; ввести критерій за яким на основі визначення енергії деформування локального об'єму металу можна прогнозувати його довговічність за різних режимів експлуатації. Тому вважаю, що колектив авторів у складі О. Чепіль, М. Дороша та В. Лисечка заслуговує на премію Президента України для молодих вчених за 2017 рік.

Іваницький Ярослав Лаврентійович, доктор технічних наук

Продовження термінів експлуатації вузлів та деталей енергетичного обладнання потребує надійної оцінки довготривалої міцності високотемпературних елементів. За тривалої дії механічних навантажень та наводнювання металу в таких елементах утворюються різні дефекти і пошкодження, серед яких найнебезпечніші тріщиноподібні. Часто їх усувають, видаляючи частину металу разом із дефектною зоною, що, однак, призводить до втрати елементом своєї первинної форми, а отже, до збурення напружень в околі таких зон.
Забезпечення високої надійності та довготривалої міцності елементів конструкцій при загальному скороченні часу на проведення дослідницько - конструкторських робіт та експериментальних досліджень вимагає створення сучасних методів адекватного комп'ютерного моделювання процесів деформування та руйнування конструкцій. Для випадку циклічно навантажених конструкцій за дії водневмісних середовищ створення таких методів є наукоємною складною та разом з цим актуальною на сьогодення проблемою.

Синявський Андрій Тадейович, доктор технічних наук

Прогнозування залишкового ресурсу конструкцій енергетичного обладнання, що працюють в екстремальних режимах роботи (наприклад, під дією статичних навантажень, за високих тисків, у наводненому середовищі) є важливою і, разом з тим, складною наукоємною проблемою. Один з ключових етапів її вирішення базується на використанні методів механіки руйнування та неруйнівного контролю. Залучення цих підходів до оцінки роботоздатності елементів конструкцій енергообладнання забезпечить з одного боку своєчасне надходження інформації про стан об'єкта контролю, а з іншого вкаже шлях для оцінки і перспективи зміни цього стану, тобто дозволить сформулювати концепцію оцінки залишкового ресурсу. Тому вважаю, що робота авторів складає практичну значимість, а такі дослідження слід провадити і далі.

Член-кор. НАНУ Андрейків О.Є.

Елементи енергетичного обладнання, які є складовими частинами відповідальних технічних об'єктів, піддаються впливу механічного навантаження та агресивних середовищ. На даний час існує значна кількість енергетичних об'єктів, час експлуатації яких наближається до проектного ресурсу або перевищує його. У зв'язку з цим досить важливою проблемою є оцінка показників надійності і прогнозування залишкового ресурсу. Особливо важливим є врахування впливу водневмісного середовища.Тому дана робота є дуже цікавою і важливою для подальших наукових досліджень

Залишити новий коментар

Вміст цього поля є приватним і не буде доступний широкому загалу.
CAPTCHA
Для запобігання від спаму, щоб залишити коментар введіть будь ласка символи,які зображені нижче. Дякуємо за розуміня.