Комп’ютерне моделювання міцності та коливань елементів парових турбін

Анотація

Метою роботи є розроблення ефективного методу для дослідження міцності та коливань елементів парових турбін.

Актуальність

У сучасних умовах стає все більш актуальною проблема заміни або оновлення обладнання, що працює протягом тривалого часу. Зростаючі вимоги до надійності та ефективності електростанцій зумовлюють необхідність модернізації гідротурбінного і паротурбінного обладнання, яке використовується на гідроелектростанціях. Ситуація з енергетичним обладнанням особливо загострилася в умовах бойових дій. Під час експлуатації лопатки гідравлічних і парових турбін зазнають значних навантажень від робочого середовища (рідини), з яким вони взаємодіють. Такі навантаження викликають вимушені коливання лопаток. Якщо частоти цих коливань збігаються з частотами зовнішніх сил, може виникнути резонанс, що призводить до серйозних пошкоджень або виходу обладнання з ладу. Це обумовлює актуальність теми цього дослідження.

Методи дослідження

Для  розв’язання задачі моделювання міцності та коливань елементів парових турбін використані методи заданих форм та скінченних елементів

Результати

Побудовано неперервні та дискретні математичні моделі для визначення напружень та деформацій в пружних елементах конструкцій, а також знаходження частот та форм їх вільних коливань. Дискретна математична модель заснована на використанні методів скінченних та граничних елементів. Статичні характеристики та форми вільних коливань лопатей у повітрі обчислюються за допомогою метода скінченних елементів. Матриця приєднаних мас рідини визначається методом граничних елементів. Припускається, що рідина є нестисливою та ідеальною, а її рух, індукований коливаннями лопаті, є безвихровим. Задачу визначення тиску рідини зведено до розв’язання гіперсингулярного інтегрального рівняння. Запропоновано ефективний числовий метод для його розв’язання. Визначено напружено-деформований стан та прогини лопаті під дією аеродинамічних, вагових та інерційних навантажень. Встановлені зони максимальних напружень, надані рекомендації щодо покращення геометричних параметрів моделі, та з можливого застосування матеріалів з покращеними характеристиками.

Висновки

Побудовано математичну модель для дослідження статичних та динамічних характеристик елементів гідравлічних та парових турбін. Для побудови дискретної моделі, прийнятної для проведення числових розрахунків, використані методи скінченних та граничних елементів. Проведено дослідження статичного стану лопатки другого вінця останнього ступеня ЦНТ парової турбіни потужністю 1000+ МВт на 1500 об/хв. Виявлені зони максимальних напружень. Надані рекомендації щодо покращення геометричних параметрів моделі, та з можливого застосування матеріалів з покращеними характеристиками. В подальшому передбачається проведення модального аналізу, як з урахуванням, так і без врахування приєднаних мас рідини.