| DOI | https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.052 |
| Журнал | Проблеми машинобудування |
| Видавець | Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| ISSN | 2709-2984 (print), 2709-2992 (online) |
| Випуск | Том 23, № 4, 2020 (грудень) |
| Сторінки | 52–62 |
Автори
А. О. Костіков, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: kostikov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-6076-1942
С. А. Пальков, Акціонерне товариство «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: sergpalkov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-2215-0689
Анотація
Досліджено особливості напружено-деформованого стану сполучного вузла паропроводу турбоустановки на основі використання тривимірної розрахункової моделі конструкції і поверхонь, що контактують між собою. Вузол, що розглядається, включає в себе власне трубопровід, обжимний кожух, що складається з двох половин, в одній з яких встановлено відведення, і прокладку-ущільнювач. Сформовано математичну модель, що враховує механічні навантаження, які викликані як внутрішнім тиском пари на стінку паропроводу, так і затягуванням кріплень кожуха. Розглянута модель також включає контактну взаємодію в вузлі ущільнення на контактних поверхнях трубопроводу, верхньої та нижньої половин кожуха. Запропоновано методику розв’язання даної контактної задачі, яка ґрунтується на використанні методу скінченних елементів. В основу скінченноелементної моделі покладено двадцативузлові тривимірні скінченні елементи з трьома ступенями свободи в кожному вузлі. Для опису контакту і ковзання між поверхнями використовувалися восьмивузлові контактні скінченні елементи. Врахування контактних умов здійснювалося за допомогою методу штрафних функцій. Проведено верифікацію моделі і програмного забезпечення, що реалізує запропоновану методику, шляхом порівняння результатів розрахунку і експериментальних даних, які отримані на фізичній моделі трубопроводу. Фізична модель була виготовлена з низькомодульного матеріалу з дотриманням повної геометричної подібності і такого ж співвідношення модулів пружності матеріалів, як і в реальному об’єкті. Визначено напружено-деформований стан сполучного вузла реального трубопроводу в тривимірній постановці і виявлено найбільш напружені зони в вузлі, що потребують підвищеної уваги під час проєктування та експлуатації трубопроводів та їх з’єднань. Розроблений підхід і програмне забезпечення дають можливість визначити контактний тиск для фланців горизонтального роз’єму високонапружених корпусів циліндрів потужних парових турбін, що дозволяє уникнути великої кількості дорогих експериментальних досліджень.
Ключові слова: турбоустановка, трубопровід, фланцеве з’єднання, контактна задача, напружено-деформований стан, контактний тиск
Література
- Калютик А. А., Сергеев В. В. Трубопроводы тепловых электрических станций: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПб политехн. ун-та, 2003. 50 с.
- Пригоровский Н. И., Прейсс А. К. Исследование напряжений и жесткости деталей машин на тензометрических моделях. М.: АН СССР, 1958. 232 с.
- Исследование влияния конструктивных размеров кожуха-тройника на напряженно-деформированное состояние узла уплотнения основного газопровода: отчет о НИР/ СКБ «Турбоатом». Рук. Кабанов А. Ф.; Инв. № Д-4089. Харьков, 2011. 96 с.
- Туренко А. Н., Богомолов В. А., Степченко А. С., Кедровская О. В., Клименко В. И. Компьютерное проектирование и расчет на прочность деталей автомобиля: учеб. пособие. Харьков: Харьк. автодор. ун-т, 2003. 336 с.
- Дерягин А. А. Формообразование и анимация 3D-объектов на основе тетрагональной регулярной сетки. Прикл. информатика. 2013. № 2 (44). С. 94–101.
- Толок В. А., Киричевский В. В., Гоменюк С. И., Гребенюк С. Н., Бувайло Д. П. Метод конечных элементов. Теория, алгоритмы, реализация. Киев: Наук. думка, 2003. 283 с.
- Stefancu A. I., Melenciuc S. C., Budescu M. Penalty based algorithms for frictional contact problems. The Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy. Section: Architecture. Construction. 2011. No. 3. P. 54–58.
- Wriggers P., Vu Van T., Stein E., Finite element formulation of large deformation impact-contact problems with friction. Computers & Structures. 1990. Vol. 37. Iss. 3. P. 319–331. https://doi.org/10.1016/0045-7949(90)90324-U.
- Гузь А. Н., Чернышенко И. С., Чехов В. Н., Чехов В. Н., Шнеренко К. И. Цилиндрические оболочки, ослабленные отверстиями. Киев: Наук. думка, 1974. 272 с.
- Перлин А. А., Шалкин М. К., Хрящев Ю. К. Исследование прочности судовых конструкций на тензометрических моделях. Л.: Судостроение, 1967. 80 с.
- Гудимов М. М., Перов Б. В. Органическое стекло. М: Химия, 1981. 216 c.
- Усовершенствование и внедрение способа определения контактного давления в узле уплотнения основного газопровода по результатам тензометрирования: отчет о НИР/ СКБ «Турбоатом». Рук. Кабанов А. Ф.; Инв. № Д-4473. Харьков, 2013. 50 с.
- Савин Г. Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев: Наук. думка, 1968. 891 с.
- Пригоровский Н. И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1982. 248 с.
Надійшла до редакції 28 серпня 2020 р.