«Развитие ЦКП "Центр исследований материалов тепловой энергетики" в направлении повышения эффективности и надежности тепломеханического оборудования ТЭС»

Научный Руководитель ЦКП:Заместитель генерального директора ОАО «ВТИ» по научной работе, д.т.н. Е.А. ГриньТехнический директор:Заведующий лабораторией испытания материалов А.В. Пчелинцев

Сведения о ЦКП Центр Коллективного Пользования «Центр исследования конструкционных материалов

тепловой энергетики нового поколения» был создан в 2009 году на базе отделения металлов Открытого Акционерного Общества «Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический институт» (ОАО «ВТИ»).

Кадровый состав ЦКП насчитывает 60 сотрудников, в том числе: докторов наук – 4, кандидатов наук – 11, специалистов с высшим образованием без ученой степени – 28, молодых специалистов - 13.

В состав ЦКП входят следующие сектора:  - Сектор испытаний кратковременных механических свойств и хрупкой прочности - Сектор химического и фазового анализа - Сектор исследования структурного состояния металла - Сектор испытания металла на длительную прочность и ползучесть - Сектор исследования материалов с использованием методов неразрушающего контроля

Подробная информация о ЦКП, оборудовании и предоставляемым услугам размещена на сайте: www.zkp-vti.ru

Деятельность ЦКПИмеющееся оборудование и кадровый состав ЦКП позволяют проводить следующие виды работ:1. Проведение испытаний металла на жаропрочность и жаростойкость. Анализ

деформационных свойств материалов при ползучести. Определение уровня расчетных характеристик и температурных границ применимости сталей и сплавов.

2. Исследование структурного состояния новых марок сталей в состоянии поставки и после длительного термического старения. Разработка структурных критериев эксплуатационной надежности металла.

3. Проведение механических испытаний металла в широком диапазоне температур и разработка рекомендаций по обеспечению надежности металла энергооборудования.

4. Комплексное исследование и анализ состояния металла оборудования энергетических объектов с использованием методов неразрушающего контроля (визуально-измерительный, вихретоковый, ультразвуковой, акустико-эмиссионный и капиллярный).

5. Выполнение химического и фазового анализов, изучение природы, состава и количества исследуемых фаз.

6. Определение причин аварий и повреждений металла различного типа оборудования с разработкой рекомендаций по предотвращению аварийных ситуаций.

Перечень услуг ЦКП• Определение основных механических и физических

характеристик металлов и сплавов в широком диапазоне температур

• Исследование микро и макроструктуры металлов и сплавов

• Определение длительной прочности и ползучести металлов и сплавов

• Исследование химического и фазового состава материалов

• Проведение неразрушающего контроля

• Экспертиза соответствия применяемых материалов требованиям НТД

Отрезной станок Buehler AbrasiMatic 300

Основные характеристики:• Скорость вращения

отрезного диска: 2600 об/мин• Величина подачи от 0,1 до 10

мм/с• Диаметр отрезных дисков: до

305 мм• Глубина реза: 115 мм• Микропроцессорный

контроль• Полуавтоматический режим

работы• Выбор отрезных кругов для

резки от деликатных до материалов повышенной твердости

Пресс для горячей запрессовки SimpliMet 1000

Основные характеристики:

•Давление запрессовки 80-300 бар

•Диаметр пресс-форм 25-50 мм

•Рабочие температуры 50-180ºС

•Микропроцессорный контроль

•Автоматический режим работы

•Одновременная запрессовка двух образцов

Автоматический полировальный станок Buehler EcoMet 250 Grinder-Polisher

AutoMet 250 Power Head Основные характеристики:• Скорость вращения рабочей тарелки

10 - 500 об/мин• Диаметр рабочей тарелки: 250, 300 мм• До 6-ти одновременно

подготавливаемых образцов диаметром 25, 40 мм

• Скорость вращения головы 30 - 60 об/мин

• Пневматическое нагружение • Полуавтоматический режим работы

Оптический инвертированный микроскоп

Leica DMI 5000MОсновные характеристики

• Разрешение цифровой камеры от 1,3 до 12 мегапикселей

• Увеличение от 1,25х до 1 000х

• Различные методы контрастирования

• Моторизированный предметный столик

• Моторизированная револьверная головка –держатель объективов

• Аналитическая система Siams Photolab

Примеры использования аналитических модулей SIAMS Photolab

• Автоматическая сшивка изображений

60 мкм 60 мкм

Объёмные доли фаз

№ ФазаS,

кв.мкм

Уд.сод.об., %

1 Сигма фаза 767 3.4

2 Поры 0 0.0

• Определение фазового состава

Примеры использования аналитических модулей SIAMS Photolab

Площадь

Число частиц 24

Минимальное значение, кв.мкм 49.34

Максимальное значение, кв.мкм 292.24

Среднее значение, кв.мкм 122.29

СКО, кв.мкм 67.40

Медиана, кв.мкм 102.22

Диапазон, кв.мкм 43.51

• Реконструкция сфокусированного изображения

• Измерение объектов

Периметр

Число частиц 24

Минимальное значение, мкм 35.48

Максимальное значение, мкм 143.52

Среднее значение, мкм 55.85

СКО, мкм 23.94

Медиана, мкм 47.86

Диапазон, мкм 16.33

Стерео микроскоп Carl Zeiss SteREO Lumar.V20 (Discovery)

Основные характеристики

• Моторизованная система смены увеличения с коэффициентом zoom 20:1 и выбором скорости изменения.

• Диапазон увеличений 7.5х-150х • Видимое поле на предмете: 71,1 —

0,4 мм.• Возможность установки окулярных

микрометров и сеток.• Двойная ирисовая диафрагма• HIP (Human Interface Panel) - элемент

управления стереомикроскопом, • Осветители холодного света с

различными световодами как падающего, так и проходящего света,

светодиодный кольцевой осветитель, модуль люминесцентного освещения

Электронный микроскоп TESCAN VEGA LMН

Основные характеристики:•Разрешение 3,0 нм при 30 кВ•Увеличение непрерывное от 4х до 1 000 000х•Скорость сканирования от 20 нс до 10 мс на пиксель•Динамический фокус, сканирование по линии и в точке, коррекция наклона образца, 3D сканирование

•Размер изображения до 8192х8192 пикселей, 65536 градаций серого, 3 размера изображения в реальном времени, 10 для записи в файл

• Полностью документированный, открытый удаленный контроль по протоколу TCP/IP

Оптико-эмиссионный спектрометр PMI-MASTER PLUS

Основные характеристики

• Быстрая поточная сортировка продукции в условиях цеха, улицы• Прецизионный анализ в условиях лаборатории• Оптическая система спектрометра

по схеме Паше-Рунге 350 мм, голографическая решетка 3000 штрихов на 1 мм, система до 16 линейных CCD детекторов по 2048 пикс. каждый, разрешение 6 пикометров, диапазон длин волн 170 - 420 нм

• Миниатюрная оптическая система в датчике UV-PRO для анализа низких содержаний C, S, P.

Анализатор углерода и серы BRUKER G4 ICARUS HF

Основные характеристики• Современная высокочастотная

индукционная печь • улучшенная конструкция камеры

сгорания – низкое загрязнение кварцевой трубки

• Прямой обзор камеры сгорания • полуавтоматическая очистка печи.• Оптимизированная система

потока газа c электронным контролем давления и потока

• Селективные твердотельные бездисперсионные инфракрасные детекторы

• два диапазона, как для CO2, так и для SO2, с автоматическим выбором диапазона.

• Комплексное программное обеспечение

Испытания на длительную прочность, ползучесть

Диаграмма ползучести

Краткая спецификация образца

Машина на длительную прочность ATS 2330 CC-230 Основные характеристики: Градиент температур ±0,1°С в

рабочем диапазоне температур до 1200°С

Специальные печи для повышенных температур до 1600°С

Реторта для проведения испытаний в вакууме или в атмосфере инертного газа

Точность определения нагрузки 0,5%

Точность определения деформации 0,2 мкм, при деформациях 0-12 мм

Высокая соосность нагружения (изгиб составляет менее 4%)

Получение диаграмм ползучести в режиме реального времени

Микротвердомер Affri DMI • Основные характеристики• Диапазон нагрузок от 5 до 1000

грамм• Точность перемещений до 0,01

мкм• Оптическая система

увеличением 100х и 400х• Автоматическая фокусировка• Маршрутизация расстановки

отпечатков• Изменяемое время выдержки• Автоматическая обработка

данных• Экспорт данных

Универсальный автоматический твердомер Integral 5

Основные характеристики Выполнение испытаний методами

Бринелля, Роквелла и Виккерса Диапазон нагрузок :

От 10 до 3000 кгс для Бринелля;

От 10 до 150 кгс для Роквелла;

От 10 до 100 кгс для Виккерса; Широкий выбор индентеров для

всех методов испытаний Объективы увеличением 1х, 2х, 5х

и 10х

Статическая разрывная машина Instron модель 5982

• Основные характеристики:• Статическая нагрузка до 100 кН• Разрешение сервопривода по

перемещению 0,08 мкм• Точность измерения перемещения ± 0,05%

от измеряемой величины• Скорость испытания от 0,005 до 1016

мм/мин• Точность скорости привода ± 0,05% от

установленной• Высокотемпературная печь, позволяющая

производить испытания, в диапазоне от 300° до 1200° С

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Напр

яжен

ие [

MPa]

Деформация [%]

Образцы с 1 по 1

Образец №1

Маятниковый копер Instron 450MPX• Основные характеристики:• Максимальная энергия удара: 450 Дж• Дискретность измерения энергии: 0,01 Дж• Угол отклонения маятника: от 12° до 152°• Разрешение по измерению угла: 0,036°• Скорость удара: от 0,6 до 5,3 м/с• Моторизованный привод маятника• Автовозврат в исходное положение• Электромагнитный тормоз маятника• Суммарная энергия потерь не превышает

0,5% от максимальной потенциальной энергии копра

• Время от спуска маятника до готовности к новому пуску составляет менее 10 секунд

• Термо-крио камера обеспечивает проведение испытаний при температурах от - 80° до +200°С

Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль (НК) — контроль надежности и основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов/узлов, не требующий выведение объекта из работы либо его демонтажа. НК особенно важен при создании и эксплуатации жизненно важных изделий, компонентов и конструкций. ЦКП ОАО «ВТИ» проводит исследования материалов при помощи методов визуального, капиллярного, вихретокового, ультразвукового контролей.

Вихретоковый и визуально-оптический сканирующий модульУльтразвуковой модуль комплекса

РОТОР-К9 в сборе.

Дефектоскоп должен обеспечивать обнаружение дефектов типа трещин со следующими параметрами:Минимальная длина ℓ выявляемой трещины при h>1мм, мм 3,0Минимальна глубина h выявляемой трещины при ℓ>3мм, мм 0,5Диапазон измерения глубины трещины при ℓ>3мм, мм 5,0Относительная ошибка при оценке глубины трещины, % 20

Впервые сотрудники ВТИ испытали сканирующий комплекс РОТОР –К9 на Нижневартовской ГРЭС. В июле 2012 г. ЦКП провели неразрушающий контроль металла ротора высокого давления (ВД) турбины К-800-240 ст.№2 . Наработка ротора ВД на момент обследования составляла более 100 тыс. часов.

Испытание вихретокового модуля комплекса РОТОР-К9 на тест-образце искусственными продольными и кольцевыми дефектами

Наиболее значимые результаты работыОбеспечение надежной и безопасной эксплуатации действующего энергооборудования

Разработки, направленные на сооружение современных высокоэффективных угольных блоков

1. Комплекс исследований металла основного энергетического оборудования, отработавшего свой парковый ресурс2. Разработка нормативного документа (регламента) по обследованию, испытаниям и оценке технического состояния длительно эксплуатирующегося оборудования3. Разработка методик ультразвукового и вихретокового контролей роторов ВД, СД и НД с помощью нового оборудования

1. Комплекс исследований перспективных высокохромистых сталей для изготовления основных высокотемпературных элементов энергоблоков

2. Разработка технической и регламентной документации, обосновывающей применение новых перспективных марок сталей3. Разработка критериев эксплуатационной надежности высокохромистых сталей

Расширение и совершенствование сферы услуг

1) Расширение номенклатуры предоставляемых услуг с учетом развития технической базы ЦКП

2) Разработка интернет-сайта 3) Модернизация положения о ЦКП4) Упрощение порядка доступа к оборудованию ЦКП5) Анализ рынка предлагаемых аналогичных услуг

Обеспечение достоверности измерений

1) Все оборудование ЦКП внесено в государственный реестр средств измерений

2) Все оборудование ЦКП проходит ежегодную поверку3) Строгое соблюдение стандартных методов испытаний и

совершенствование оригинальных методик4) Разработана технологическая и регламентная документация для

поверки и аттестации диагностического оборудования ЦКП5) Сотрудники ЦКП проходят своевременную переаттестацию по

разрушающим и неразрушающим методам контроля материалов

Заключение

1. Выполнены мероприятия по улучшению функционирования ЦКП (разработан интернет-сайт, модернизировано положение о ЦКП, упрощен порядок доступа к оборудованию, актуализирован перечень услуг)

2. Проведены семинары и научно-практическая конференция, направленные на популяризацию деятельности ЦКП

3. Разрабатывается программа развития ЦКП ОАО «ВТИ», включающая план взаимодействия с другими ЦКП в области материаловедения

4. Улучшена материально техническая база ЦКП5. Увеличивается объем выполненных работ: 2010г – 38, 2011г – 45, октябрь

2012г –48 6. Наблюдается тенденция к расширению тематики и увеличению объема работ,

выполняемых для различных сторонних организаций-пользователей.7. Для проведения больших НИР целесообразно привлекать «бизнес».8. Для содержания оборудования и обучения специалистов необходимы

отдельные статьи расходов.

Спасибо за внимание!