Вибір раціональної технології виготовлення обода ротора гідрогенераторів-двигунів

Автор

П. М. Макаров, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» (61070, Україна, Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: p.makarov_khai@gmx.com, ORCID: 0009-0008-6415-8970

Анотація

Об’єктом дослідження у статті є технологія виготовлення сегментів ободу ротора великих гідрогенераторів-двигунів. Предметом вивчення виступає конструкція й геометричний стан ободу ротора у процесі експлуатації гідроагрегатів. Мета – постановка тривимірного механічного розрахунку сегмента ротора для подальшого визначення найбільш оптимальної технології виготовлення ободу ротора. Задачі: дослідити особливості технології виготовлення сегментів ободу ротора; провести аналітичний розрахунок і тривимірний розрахунок із визначенням середніх значень напружень і деформацій в сегменті ротора. Використовуваними методами є: метод скінченних елементів математичного моделювання термонапруженого стану вузлів. Отримано наступні результати: надано опис двох основних технологій виготовлення сегментів ободу ротора, а саме метод штампування і метод лазерного різання. Проаналізовано переваги й недоліки кожного технологічного процесу, визначено, що при виробництві потужних дрібносерійних гідрогенераторів доцільно застосувати метод лазерного різання. Розроблено тривимірні моделі сегмента ротора й виконано тривимірний механічний розрахунок даної моделі, у результаті чого отримано значення переміщення ротору гідрогенератора при номінальній частоті обертання, а також середні значення напружень у спиці й ободі ротора. За результатами розрахунків встановлено, що значні допуски при виготовлені сегментів ротора можуть призвести до зміни форми ротора при його подальшій експлуатації, появи додаткових вібрацій і в подальшому вплинути на працездатність гідроагрегату. Наукова новизна полягає у комбінованому підході до оцінки середніх значень напружень і деформації ободу ротора з урахуванням технології його виготовлення, що включає в себе елементи аналітичного механічного розрахунку й розрахунку у тривимірній постановці.

Ключові слова: обід ротора, штамповка, лазерна різка, міцнісний розрахунок.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Енергетична стратегія України на період до 2035 року. Безпека, енергоефективність, конкурентноспроможність: розпорядження Кабінету Міністрів України від 18.08.2017 № 605-р. 2017. Київ, 66 с. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/605-2017-%D1%80#Text.
2. Про схвалення Програми розвитку гідроенергетики України до 2026 року: розпорядження Кабінету Міністрів України від 13.07.2016 р. № 552-р. 2016. Київ, 19 с. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/552-2016-%D1%80#Text.
3. Інформаційна довідка про основні показники розвитку галузей ПЕК України за червень та 6 місяців 2021 року. Київ: Міністерство Енергетики України, 2021. 10 с. https://www.mev.gov.ua/sites/default/files/field/pdf/%D0%86%D0%BD%D1%84_%D0%B4%D0%BE%D0%B2_%D1%87%D0%B5%D1%80%D0%B2_6%D0%BC%D1%96%D1%81_21_%D0%B7%D0%B2.pdf.
4. Ландау Ю. А. Анализ состояния и перспективы использования гидроэнергетических ресурсов при развитии объединенной энергосистемы (ОЭС) Украины. Гидроэнергетика Украины. 2020. № 3–4. С. 16–21.
5. Mohanta R., Chelliah T., Allamsetty S., Akula A., Ghosh R. Sources of vibration and their treatment in hydro power stations – A review. Engineering Science and Technology, an International Journal. 2019. Vol. 20. Iss. 2. P. 637–648. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2016.11.004.
6. Iliev H. Failure analysis of hydro-generator thrust bearing. Wear. 1999. Vol. 225–229. Part 2. P. 913–917. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(98)00410-4.
7. Liu X., Luo Y., Wang Z. A review on fatigue damage mechanism in hydro turbines. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 54. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.025.
8. Zhang W., He Y.-L., Xu M.-X., Zheng W.-J., Sun K., Wang H.-P., Gerada D. A comprehensive study on stator vibrations in synchronous generators considering both single and combined SAGE cases. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2022. Vol. 143. Paper 108490. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2022.108490.
9. Li J., Chen D., Liu G., Gao X., Miao K., Li Y., Xu B. Analysis of the gyroscopic effect on the hydro-turbine generator unit. Mechanical Systems and Signal Processing. 2019. Vol. 132. P. 138–152. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.06.020.
10. Valavi M., Nysveen A., Nilsen R., Le Besnerais J., Devillers E. Analysis of magnetic forces and vibration in a converter-fed synchronous hydrogenator. Proceedings of 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), USA, Cincinnati, October, 1–5, 2017. P. 1838–1844. https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096018.
11. Tétreault A. Rotor shape vs. rotor field pole shorted turns: Impact on rotor induced vibrations on hydrogenerators. Proceedings of 2012 IEEE International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis, Indonesia, Bali, September, 23–27, 2012. P. 133–136. https://doi.org/10.1109/CMD.2012.6416393.
12. ДСТУ EN IEC 60034-33:2022 Машини електричні обертові. Ч. 33. Синхронні гідрогенератори, включаючи моторгенератори. Особливі вимоги (EN IEC 60034-33:2022, IDT; IEC 60034-33:2022, IDT) / ДП «Український науково-дослідний та навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості» (ДП «УкрНДНЦ»). Київ, 2022.
13. Юхимчук В. Д. Технологія виробництва електричних машин: Підручник. Харків: Тім Пабліш Груп, 2014. 750 с.
14. Wiedemann Ye., Kellenberger W. Konstruktion elektrischer maschinen. New York: Springer – Verlag Berlin (Heidelberg), 1967. https://doi.org/10.1007/978-3-662-12180-1.
15. ДСТУ EN 10149-1:2009 Вироби зі сталі з високою границею плинності плоскі гарячекатані для холодного формозмінювання. Ч. 1. Загальні умови постачання (EN 10149-1:1995, IDT) / Технічний комітет зі стандартизації «Чугун, прокат листовий, прокат сортовий термозміцнений, вироби для рухомого складу, металеві вироби, інша продукція з чавуну та сталі» (ТК 4). Київ, 2012.

Надійшла до редакції 23.08.2023