Развитие ЦКП "Центр исследований материалов « эффективности и надежности тепломеханического

«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. Гринь
Технический 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 ЦКП
Имеющееся 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 (визуальноизмерительный,
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 5000M
Основные 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
• Определение фазового состава
Объёмные доли фаз
60 мкм
60 мкм
№
Фаза
S,
кв.мк
м
1
Сигма
фаза
767
3.4
2
Поры
0
0.0
Уд.сод.об
., %
Примеры использования аналитических
модулей SIAMS Photolab
Периметр
Число частиц
• Реконструкция
сфокусированно
го изображения
• Измерение
объектов
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
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
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
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.
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.
Дефектоскоп должен обеспечивать обнаружение дефектов типа трещин со
следующими параметрами:
Минимальная длина ℓ выявляемой трещины при h>1мм, мм 3,0
Минимальна глубина h выявляемой трещины при ℓ>3мм, мм 0,5
Диапазон измерения глубины трещины при ℓ>3мм, мм
5,0
Относительная ошибка при оценке глубины трещины, %
20
Ультразвуковой модуль комплекса
РОТОР-К9 в сборе.
Вихретоковый и визуально-оптический
сканирующий модуль
Испытание вихретокового модуля
комплекса РОТОР-К9 на тест-образце
искусственными продольными и
кольцевыми дефектами
Наиболее значимые результаты работы
Обеспечение надежной и безопасной
эксплуатации действующего
энергооборудования
1. Комплекс исследований металла
основного энергетического
оборудования, отработавшего свой
парковый ресурс
2. Разработка нормативного документа
(регламента) по обследованию,
испытаниям и оценке технического
состояния длительно
эксплуатирующегося оборудования
3. Разработка методик ультразвукового и
вихретокового контролей роторов ВД, СД
и НД с помощью нового оборудования
Разработки, направленные на
сооружение современных
высокоэффективных угольных блоков
1. Комплекс исследований
перспективных высокохромистых сталей
для изготовления основных
высокотемпературных элементов
энергоблоков
2. Разработка технической и
регламентной документации,
обосновывающей применение новых
перспективных марок сталей
3. 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 ЦКП
4) Упрощение порядка доступа к оборудованию ЦКП
5) Анализ рынка предлагаемых аналогичных услуг
Обеспечение достоверности измерений
1) Все оборудование ЦКП внесено в государственный реестр средств
измерений
2) Все оборудование ЦКП проходит ежегодную поверку
3) Строгое соблюдение
стандартных
методов испытаний
и
совершенствование оригинальных методик
4) Разработана технологическая и регламентная документация для
поверки и аттестации диагностического оборудования ЦКП
5) 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 ЦКП
5. 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!