Теоретическое исследование процессов водородной деградации и каплеударной эрозии конструкционных материалов


DOI: 10.34759/trd-2022-125-10

Авторы

Ша М. 1*, Сунь И. 2**

1. Северо-Западный политехнический университет, Западная дорога дружбы, 127, Сиань, провинция Шэньси, 710072 Китайская Народная Республика
2. Ханчжоуский технический колледж Сяошань, Факультет машиностроения, г. Ханчжоу, провинция Чже Цзян, Китайская Народная Республика

*e-mail: shamg2020@nwpu.edu.cn
**e-mail: 544974488qq.com

Аннотация

Уникальные физико-химические свойства водорода и практически неограниченные ресурсы его на нашей планете в составе воды позволяют в развитии энергетики делать ставку на водородные энергетические системы [1,2]. Промышленные изделия, узлы и агрегаты, элементы конструкций, как правило, работают в агрессивных водородсодержащих средах (коррозионных, эрозионных). Повреждение от дождевой каплеударной эрозии, вызванный повторным попаданием капель на лопасти ветряных турбин, является серьезной причиной для беспокойства, особенно с более крупными лопастями и более высокими скоростями лопастей. Водород, проникая в металл изделия и абсорбируясь в нем, изменяет химический состав, структуру, а также перераспределяет поля внутренних напряжений. Эти процессы, обобщенные термином «деградация», подготавливают и стимулируют развитие микронесплошностей различного масштабного уровня [13-17].

На данный момент, несмотря на интенсивные исследования, водородная деградация все еще остается нерешенной проблемой физики металлов, теоретического и практического материаловедения. Известно, что максимальное разрушительное воздействие водорода наблюдается, когда водород имеет максимальную диффузионную подвижность и активность, то есть на стадии нестационарной диффузии. Причем, как отмечает автор, разрушение под влиянием диффузионно-подвижного водорода мало предсказуемо и наиболее опасно вследствие высокой диффузионной подвижности водорода и способности перераспределяться под воздействием различных физических полей, а также существует неопределенность величины критической концентрации водорода в зоне разрушения. Поскольку при электризации рабочего тела поверхность рабочих лопаток подвергается действию электрофизических явлений, появляются условия для увеличения абсорбции водорода металлом, в том числе в диффузионно-подвижной форме. Данные выводы о значительном влиянии на повреждаемость лопаток наводнения согласуются с выводами. Исходя из приведенных выше качественных оценок процесса воздействия потока влажного пара с заряженными каплями на лопаточный материал, очевидно, что величина отрицательного влияния приходится на электрические процессы зависит главным образом от величины ионного тока в пространстве проточной части.

Ключевые слова:

конструкция, эксперимент, эрозия, капли, моделирование

Библиографический список

  1. Окорокова Н.С., Пушкин. К.В. Управляемый генератор водорода на базе гидронного химического источника тока // Труды МАИ. 2012. № 51. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=29175
  2. Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А. Влияние состава алюминиевого анода гидронного источника тока на эффективность его работы в режиме генератора водорода // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 3. С. 65-73.
  3. Beczek M., Ryżak M., Mazur R., Sochan A., Polakowski C., Bieganowski A. Influence of slope incline on the ejection of two-phase soi splashed material // PLoS ONE, 2022, vol. 17(1). URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0262203
  4. Beczek M., Ryżak M., Sochan A., Mazur R., Polakowski C., Bieganowski A. A new approach to kinetic energy calculation of two-phase soil splashed material // Geoderma, 2021, vol. 396. URL: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115087
  5. Domenech L., García-Peñas V., Šakalyte A., Francis D. P., Skoglund E., Sánchez F. Top coating anti-erosion performance analysis in wind turbine blades depending on relative acoustic impedance. Part 2: Material characterization and rain erosion testing evaluation // Coatings, 2020, vol. 10(8). URL: https://doi.org/10.3390/COATINGS10080709
  6. Germoso C., Sánchez F., Domenech L., Cortés E., Falcó A., Chinesta, F. Analysis of liquid impact phenomena affecting rain erosion failure in wind turbine blades. A viscoelastic parametric study // In ECCM 2018 — 18th European Conference on Composite Materials, 2020. URL: https://pimm.artsetmetiers.fr/index.php/en/node/324
  7. Hussain A., Singh G., Gill, H. S. Explicit dynamic modeling of epoxy resin against the water drop impact // In Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 48, pp. 1460–1467. URL: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.229
  8. Kaore A.N., Kale U.B., Yerramalli C.S., Raval H.K. Fatigue life prediction of epoxy coating on composites subjected to waterdrop impact // In ICCM International Conferences on Composite Materials, 2019.
  9. Kyriazis N., Koukouvinis P., Gavaises M. Modelling cavitation during drop impact on solid surfaces // Advances in Colloid and Interface Science, 2018, vol. 260, pp. 46–64. URL: https://doi.org/10.1016/j.cis.2018.08.004
  10. Lardier N., Roudier P., Clothier B., Willmott G. R. High-speed photography of water drop impacts on sand and soil // European Journal of Soil Science, 2019, vol. 70 (2), pp. 245–256. URL: https://doi.org/10.1111/ejss.12737
  11. Lv D., Lian Z., Liang L., Zhang Q., Zhang T. Study on dynamic erosion behavior of 20# steel of natural gas gathering pipeline // Advances in Materials Science and Engineering, 2019. URL: https://doi.org/10.1155/2019/6030734
  12. Slot H., Matthews D., Schipper D., van der Heide E. Fatigue-based model for the droplet impingement erosion incubation period of metallic surfaces // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2021, vol. 44(1), pp. 199–211. URL: https://doi.org/10.1111/ffe.13352
  13. Блантер М.С., Головин И.С., Головин С.А. и др. Механическая спектроскопия металлических материалов. — М.: МИА, 1994. — 256 с.
  14. Левин Д.М., Чуканов А.Н., Муравлева Л.В. Исследование повреждаемости трубных сталей по эффектам неупругой релаксации // Вестник Тамбовского университета. 1998. Т. 3. № 3. С. 315-318.
  15. Муравлева Л.В. Механизмы влияния пластической деформации и наводороживания на релаксационные явления в Fe-C сплавах: Дисс. канд. техн. наук. — Тула, ТПИ, 1998. — 168 с.
  16. Извольский В. В, Сергеев Н. Н. Коррозионное растрескивание и водородное охрупчивание арматурных сталей железобетона повышенной и высок—ой прочности. — Тула: Изд-во Тульского педагогического университета, 2001. — 163 с.
  17. Чуканов А.Н. Физико-механические закономерности формирования предельного состояния и развития локального разрушения в металлических материалах: автореферат диссертации... докт. техн. наук. — Тула: ТулГУ, 2001. 39 с.
  18. Неуймин В.М. Анализ предложений по снижению абразивного износа элементов конструкций проточной части ЦСД (ЦСД-1) и ЦВД турбин СКД // Энергетик. 2021. № 10. С. 8-12.
  19. Татаринова Н.В. Математическое моделирование теплофикационных турбоустановок для решения задач повышения энергетической эффективности работы ТЭЦ: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2014. 24 с.
  20. Татаринова Н.В. Суворов Д.М. Математическое моделирование влияния эксплуатационных факторов на уровень влажности пара в ЧНД теплофикационных турбин // Надежность и безопасность энергетики. 2015. № 4 (31). С. 53-56.

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2023

Вход