Термонапружений стан замкового з’єднання робочих лопаток першого ступеня турбіни К-500-240

Автори

І. А. Пальков, Акціонерне товариство «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: igorpalkov@i.ua, ORCID: 0000-0002-4639-6595

М. Г. Шульженко, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: mklshulzhenko@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1386-0988

Анотація

Досліджується вплив температурного поля на напружений стан елементів замкового з’єднання лопаток турбіни, де спостерігалися поломки. З’єднання робочих лопаток турбін при підводі тепла від парового потоку знаходиться в умовах нерівномірного нагрівання. За таких умов змінюються фізико-механічні властивості матеріалів і спостерігаються градієнти температури, що викликає неоднакове теплове розширення окремих частин конструкції. Це призводить до температурних напружень, які в поєднанні з механічними напруженнями від зовнішніх навантажень можуть викликати істотну пластичну деформація конструкції, породжувати тріщини або пошкодження конструкцій. Для уточнення розподілу напружень по конструкції замкового з’єднання розв’язується задача з урахуванням температурного поля. Розв’язання задачі здійснюється в термоконтактній постановці з урахуванням впливу теплообміну на передачу зусиль в замковому з’єднанні. Задача контактної взаємодії є істотно нелінійною, і зв’язок температурної задачі із задачею механіки здійснюється через заздалегідь невідомі граничні умови в контакті. Напружений стан і характер контактної взаємодії залежать від розподілу температури, що визначається умовами взаємодії. Розв’язок термоконтактної задачі в замковому з’єднанні базується на застосуванні моделі контактного шару. Зони передбачуваної контактної взаємодії визначаються контактними елементами. Механічна взаємодія поверхонь контакту визначається величиною їхнього взаємного проникнення. Задача розв’язується з використанням методу скінченних елементів, загальне число елементів – 371498. У розглянутій моделі є кілька зон контактної взаємодії: а саме, область дотику штифтів з диском, а також із замковою лопаткою і призамковими лопатками; область дотику опорних площадок хвоста призамкової лопатки і хвостовика диска. У зонах контакту здійснюється згущення сітки. Наведені результати розрахунку у вигляді розподілу температури по замковому з’єднанню. Показано, що має місце перепад температури по радіусу і ширині диска. Температура 533 °С з боку входу пари падає до рівня 525 °С з боку виходу пари. Наводяться результати попередньої оцінки напруженого стану замкового з’єднання робочих лопаток першого ступеня циліндра середнього тиску парової турбіни, які свідчать про значні напруження, здатні викликати пластичну деформацію.

Ключові слова: турбіна, замкове з’єднання, робоча лопатка, напружений стан, контактний тиск, температурне поле, жорсткість контакту.

Література

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.

Надійшла до редакції 31 травня 2019 р.