Термонапряженное состояние замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления турбины К-500-240

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2019.03.036
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 22, № 3, 2019 (сентябрь)
Страницы 36-43

 

Авторы

И. А. Пальков, Акционерное общество «Турбоатом» (61037, Украина, г. Харьков, пр. Московский, 199), e-mail: igorpalkov@i.ua, ORCID: 0000-0002-4639-6595

Н. Г. Шульженко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: mklshulzhenko@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1386-0988

 

Аннотация

Исследуется влияние температурного поля на напряженное состояние элементов замкового соединения лопаток турбины, где наблюдались поломки. Соединение рабочих лопаток турбин при подводе тепла от парового потока находится в условиях неравномерного нагрева. При этом  изменяются физико-механические свойства материалов и наблюдаются градиенты температуры, вызывающей неодинаковое тепловое расширение отдельных частей конструкции. Это приводит к температурным напряжениям, которые в сочетании с механическими напряжениями от внешних нагрузок могут  вызвать существенную пластическую деформация конструкции, порождать трещины или повреждение конструкций. Для уточнения распределения напряжений по конструкции замкового соединения решается задача с учетом температурного поля. Решение задачи осуществляется в термоконтактной постановке с учетом влияния теплообмена на передачу усилий в замковом соединении. Задача контактного взаимодействия является существенно нелинейной, и связь температурной задачи с задачей механики осуществляется через заранее неизвестные граничные условия в контакте. Напряженное состояние и характер контактного взаимодействия зависят от температурного поля, что определяется условиями взаимодействия. Решение термоконтактной задачи в замковом соединении основано на применении модели контактного слоя. Зоны предполагаемого контактного взаимодействия представляются контактными элементами. Механическое взаимодействие поверхностей контакта определяется величиной их взаимного проникновения. Задача решается с использованием метода конечных элементов, общее число элементов – 371498. В рассматриваемой модели имеется несколько зон контактного взаимодействия: а именно, область соприкосновения штифтов с диском, а также с замковой лопаткой и призамковыми лопатками; область соприкосновения опорных площадок хвоста призамковой лопатки и хвостовика диска. В зонах контакта осуществляется сгущение сетки. Представлены результаты расчета в виде распределения температуры по замковому соединению. Показано, что имеет место перепад температуры по радиусу и ширине диска. Температура 533 °С со стороны входа пара падает до уровня 525 °С со стороны выхода пара. Приводятся результаты расчетной оценки напряженного состояния замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления паровой турбины, свидетельствующие о значительных напряжениях, способных вызывать пластическую деформацию.

 

Ключевые слова: турбина, замковое соединение, рабочая лопатка, напряженное состояние, контактное давление, температурное поле, жесткость контакта.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Швецов В. Л., Губский А. Н., Пальков И. А., Пальков С. А. Прочность высоконапряженных элементов паровой турбины. Вестн. Нац. техн. ун-та «ХПИ». 2012. № 7. С. 70–75.
  2. Шульженко Н. Г., Гришин Н. Н., Пальков И. А. Напряженное состояние замкового соединения рабочих лопаток турбины. Проблемы машиностроения. 2013. Т. 16. № 3. С. 37–45.
  3. Швецов В. Л., Литовка В. А., Пальков И. А., Пальков С. А. Исследование напряженно-деформированного состояния замкового соединения рабочих лопаток. Проблемы машиностроения. 2012. Т. 15. № 2. С. 31–36.
  4. Подгорный А. Н., Марченко Г. А., Гонтаровский П. П., Киркач Б. Н. Решение прикладных контактных задач методом конечных элементов. Харьков:  ИПМаш АН УССР, 1984. 64 с. (Препринт/ АН УССР. Ин-т проблем машиностроения; 198).
  5. Методические указания по расследованию причин повреждений деталей роторов паровых турбин электростанций: РД 153-34.1-17.424-2001. М.: ОАО «ВТИ», 2002. 82 с.
  6. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Зайцев Б. Ф. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов (модели, методы, результаты исследований). Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. 370 c.
  7. Либерман Л. Я., Пейсихис М. И. Свойства сталей и сплавов, применяемых в котлотурбостроении (справочник): в 3-х т. Л.: НПО Центр. котлотурбин. ин-т, Т. 1. 1996. 244 с.; Т. 2. 1996. 212 с.; Т. 3. 1997. 180 с.

 

Поступила в редакцию 31 мая 2019 г.

Принята в печать