Напряженно-деформированное состояние замкового соединения паровой турбины в условиях пластического деформирования

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.028
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Выпуск Том 23, № 4, 2020 (декабрь)
Страницы 28–37

 

Авторы

И. А. Пальков, Акционерное общество «Турбоатом» (61037, Украина, г. Харьков, пр. Московский, 199), e-mail: igorpalkov1987@gmail.com, 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

Решается задача о напряженно-деформированном состоянии замкового соединении рабочих лопаток 1-й ступени цилиндра среднего давления в условиях пластического деформирования. При решении задачи используется теория упруго-пластических деформаций. Решение задачи осуществляется с использованием двух различных подходов к заданию кривых пластического деформирования. Оценивается применимость использования более простой билинейной аппроксимации взамен классической мультилинейной. На примере решения данной задачи показано время, требуемое для выполнения расчета при использовании билинейной и мультилинейной аппроксимаций. Сравнение полученных результатов в виде распределения пластических деформаций, эквивалентных напряжений и контактных напряжений по опорным площадкам дало возможность оценить отличие при использовании двух типов аппроксимации. Полученное значение погрешности результатов при использовании билинейной аппроксимации позволило сделать выводы о применимости такого подхода к обработке кривых пластического деформирования для решения подобного рода задач. Решение задачи осуществляется с помощью метода конечных элементов. Чтобы объективно оценить влияние пластического деформирования на перераспределение нагрузок в замковом соединении, используется конечноэлементная модель, полученная при решении задачи о термонапряженном состоянии замкового соединения рабочих лопаток. Показано распределение контактных напряжений в замковом соединении. Проведено сравнение результатов с полученными ранее при решении задачи термоупругости. Отмечены существенные отличия уровня контактных усилий. Приводятся результаты расчетной оценки напряженно-деформированного состояния замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления паровой турбины, позволяющие  охарактеризовать степень релаксации и перераспределения напряжений в конструкции по сравнению с результатами, полученными ранее при решении задачи термоупругости. Сделаны выводы об экономической целесообразности использования представленной методики расчета.

 

Ключевые слова: турбина, замковое соединение, рабочая лопатка, напряженное состояние, кривая деформирования, предел текучести.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Методические указания по расследованию причин повреждений деталей роторов паровых турбин электростанций: РД 153-34.1-17.424-2001. – М.: ОАО «ВТИ», 2002. 82 с.
  2. Швецов В. Л., Литовка В. А., Пальков И. А., Пальков С. А. Исследование напряженно-деформированного состояния замкового соединения рабочих лопаток. Пробл. машиностроения. 2012. Т. 15. № 2. С. 31–36.
  3. 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.
  4. Шульженко Н. Г., Гришин Н. Н., Пальков И. А. Напряженное состояние замкового соединения рабочих лопаток турбины. Пробл. машиностроения. 2013. Т. 16. №3. С. 37–45.
  5. Palkov I. A., Shulzhenko M. H. Thermostressed state of the lock joint of turbine rotor blades of the first stage of K-500-240 steam turbine medium pressure cylinder. J. Mech. Eng. 2019. Vol. 22. No. 3. P. 36–43. https://doi.org/10.15407/pmach2019.03.036.
  6. Гонтаровский П. П., Киркач Б. Н. Исследование напряженно-деформированного состояния замковых соединения лопаток турбомашин методом конечных элементов. Пробл. прочности. 1982. № 8. С. 37–40.
  7. Шульженко Н. Г., Гонтаровский П. П., Зайцев Б. Ф. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов (модели, методы, результаты исследований). Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. 370 с.
  8. Подгорный А. Н., Гонтаровский П. П., Киркач Б. Н. Задачи контактного взаимодействия элементов конструкций. Киев: Наук. думка, 1989. 232 с.
  9. Штаерман И. Я. Контактная задача теории упругости. М.: Гостехиздат, 1949. 270 с.
  10. О тензометрических испытания моделей замкового соединения рабочих лопаток ЦСД турбины К-500-240: отчет о НИР/ОАО «Турбоатом»: Рук. Г. М. Меллерович; Инв. № Д-1561. Харьков, 1962. 156 с.
  11. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Демьянушко И. В. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 455 с.
  12. Гармаш Н. Г., Гонтаровский В. П. Напряженное состояние замкового соединения лопаток газовой турбины в рамках термоконтактной задачи. Пробл. машиностроения. 2001. Т. 4. № 3–4. С. 12–16.
  13. Thompson M. K., Thompson J. M. ANSYS Mechanical APDL for Finite Element Analysis. Elsevier, 2017. 803 p.
  14. 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.
  15. Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести: 2-е изд. М.: Машиностроение, 1975. 400 с.
  16. Каминский А. А., Бастун В. Н. Деформационное упрочнение и разрушение металлов при переменных процессах нагружения. Киев: Наук. думка, 1985. 168 с.
  17. Зубчанинов В. Г. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высш. шк., 1990. 368 с.
  18. Левин А. В., Боришанский К. Н., Консон Е. Д. Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин. Л.: Машиностроение, 1981. 710 с.

 

Поступила в редакцию 28 августа 2020 г.