Напружено-деформований стан замкового з’єднання парової турбіни в умовах пластичного деформування

Автори

І. А. Пальков, Акціонерне товариство «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: igorpalkov1987@gmail.com, 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

Розв’язується задача про напружено-деформований стан замкового з’єднання робочих лопаток 1-го ступеня циліндра середнього тиску в умовах пластичного деформування. Під час розв’язання задачі використовується теорія пружно-пластичних деформацій. Розв’язання задачі здійснюється з використанням двох різних підходів до задання кривих пластичного деформування. Оцінюється можливість застосування більш простої білінійної апроксимації взамін класичної мультилінійної. На прикладі розв’язання даної задачі показано час, необхідний для виконання розрахунку при використанні білінійної та мультилінійної апроксимацій. Порівняння отриманих результатів у вигляді розподілу пластичних деформацій, еквівалентних напружень і контактних напружень по опорних площадках дало можливість оцінити відмінність під час використання двох типів апроксимації. Отримане значення похибки результатів під час використання білінійної апроксимації дозволило зробити висновки про можливість застосування такого підходу до обробки кривих пластичного деформування для розв’язання подібного роду задач. Розв’язання задачі здійснюється за допомогою методу скінченних елементів. Щоб об’єктивно оцінити вплив пластичного деформування на перерозподіл навантажень в замковому з’єднанні, використовується модель, отримана під час розв’язання задачі про термонапружений стан замкового з’єднання робочих лопаток. Показано розподіл контактних напружень в замковому з’єднанні. Проведено порівняння результатів з отриманими раніше під час розв’язання задачі термопружності. Відзначено суттєві відмінності рівня контактних зусиль. Наводяться результати розрахункової оцінки напружено-деформованого стану замкового з’єднання робочих лопаток першого ступеня циліндра середнього тиску парової турбіни, що дозволяють охарактеризувати ступінь релаксації і перерозподілу напружень в конструкції порівняно з результатами, отриманими раніше під час розв’язання задачі термопружності. Зроблено висновки щодо економічної доцільності використання поданої методики розрахунку.

Ключові слова: турбіна, замкове з’єднання, робоча лопатка, напружений стан, крива деформування, границя текучості.

Література

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.

Надійшла до редакції 28 серпня 2020 р.