Пружно-напружений стан елементів внутрішнього корпуса циліндра високого тиску парової турбіни

Автори

С. А. Пальков, АТ «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: sergpalkov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-2215-0689

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

Оцінюється пружно-напружений стан внутрішніх корпусів циліндрів високого тиску (ЦВТ) парових турбін потужністю 300 і 500 МВт з використанням тривимірної розрахункової моделі конструкції. Внутрішні литі корпуси ЦВТ, що мають складну просторову форму і працюють в умовах складного силового і теплового навантаження, є одними з найбільш відповідальних і дорогих елементів парових турбін, що лімітують їх ресурс. Спрощені розрахункові моделі, що застосовувалися в інженерній практиці, не дозволяли оцінити ряд факторів, що визначають особливості напруженого стану. Для уточнення розподілу напружень по конструкції внутрішніх корпусів розв’язується задача напружено-деформованого стану (НДС) в тривимірній постановці з урахуванням умов експлуатації і контактної взаємодії фланців. Щоб визначити ступінь впливу окремих факторів на НДС, їх урахування проводиться послідовно. На даному етапі задача про НДС внутрішнього корпусу розв’язується в пружній постановці, без урахування впливу температурних напружень і деформацій. Розв’язок контактної задачі у фланцевих з’єднаннях внутрішніх корпусів базується на застосуванні моделі контактного шару. Зони передбачуваної контактної взаємодії зображуються контактними елементами, механічна взаємодія поверхонь контакту визначається величиною їх взаємного проникнення. Задача визначення НДС внутрішніх корпусів ЦВТ турбін К-325-23.5 і К-540-23.5 у тривимірній постановці розв’язується за використанням методу скінченних елементів, загальне число елементів – 19553 і 1780141 відповідно. В створених скінченноелементних моделях враховано контактну взаємодію фланців двох половин корпуса в області горизонтального роз’єму. У зонах контакту здійснюється згущення сітки. Наводяться результати оцінки напруженого стану внутрішніх корпусів ЦВТ парових турбін потужністю 300 і 500 МВт при пружному деформуванні з урахуванням впливу навантажень, що виникають в процесі монтажу і експлуатації турбін.

Ключові слова: турбіна, фланцеве з’єднання, горизонтальний роз’єм, внутрішній корпус, циліндр високого тиску, напружений стан, перепад тиску, граничні умови, розрахункова оцінка, площина роз’єму.

Література

1. Денисюк С. П., Базюк Т. М. Аналіз впливу нерівномірності споживання електроенергії. Східно-європейський журнал передових технологій. 2013. Т. 4. № 8 (64). С. 9–13.
2. Левашов В. А. Разработка метода расчета термонапряженного состояния корпусных и роторных деталей центробежных газоперекачивающих агрегатов: дис. … канд. техн. наук / Харьк. политехн. ин-т. Харьков, 1991. 211 с.
3. ГОСТ 20700-75. Болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых и анкерных соединений с температурой среды от 0º до 650º. М.: Изд-во стандартов, 1975. 22 с.
4. Свойства сталей и сплавов, применяемых в котлотурбостроении / под ред. А. В. Станюковича. Л.: Центр. котлотурбин. ин-т, 1966. Ч. 1. 219 с.
5. Дерягин А. А. Формообразование и анимация 3D-объектов на основе тетрагональной регулярной сетки. Прикл. информатика. 2013. № 2 (44). С. 94–101.
6. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.
7. Спивак А. С. Механика горных пород. (Применительно к процессам разрушения при бурении скважин). М.: Недра, 1967. 192 с.
8. Туренко А. Н., Богомолов В. А., Степченко А. С. Компьютерное проектирование и расчет на прочность деталей автомобиля: учеб. пособие. Харьков: Харьк. нац. автомоб.-дор. ун-т, 2003. 336 с.
9. ОСТ 108.020.132-85. Турбины паровые стационарные. Нормы расчета на прочность корпусов цилиндров и клапанов. Л.: Центр. котлотурбин. ин-т, 1986. 32 с.
10. Сафонов Л. П., Селезнев К. П., Коваленко А. Н. Тепловое состояние высокоманевренных паровых турбин. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. 295 с.
11. 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.
12. 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.

Надійшла до редакції 18 листопада 2019 р.