Термонапряженное состояние замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления турбины К-500-240
Ключевые слова:
турбина, замковое соединение, рабочая лопатка, напряженное состояние, контактное давление, температурное поле, жесткость контактаАннотация
Исследуется влияние температурного поля на напряженное состояние элементов замкового соединения лопаток турбины, где наблюдались поломки. Соединение рабочих лопаток турбин при подводе тепла от парового потока находится в условиях неравномерного нагрева. При этом изменяются физико-механические свойства материалов и наблюдаются градиенты температуры, вызывающей неодинаковое тепловое расширение отдельных частей конструкции. Это приводит к температурным напряжениям, которые в сочетании с механическими напряжениями от внешних нагрузок могут вызвать существенную пластическую деформация конструкции, порождать трещины или повреждение конструкций. Для уточнения распределения напряжений по конструкции замкового соединения решается задача с учетом температурного поля. Решение задачи осуществляется в термоконтактной постановке с учетом влияния теплообмена на передачу усилий в замковом соединении. Задача контактного взаимодействия является существенно нелинейной, и связь температурной задачи с задачей механики осуществляется через заранее неизвестные граничные условия в контакте. Напряженное состояние и характер контактного взаимодействия зависят от температурного поля, что определяется условиями взаимодействия. Решение термоконтактной задачи в замковом соединении основано на применении модели контактного слоя. Зоны предполагаемого контактного взаимодействия представляются контактными элементами. Механическое взаимодействие поверхностей контакта определяется величиной их взаимного проникновения. Задача решается с использованием метода конечных элементов, общее число элементов - 371498. В рассматриваемой модели имеется несколько зон контактного взаимодействия: а именно, область соприкосновения штифтов с диском, а также с замковой лопаткой и призамковыми лопатками; область соприкосновения опорных площадок хвоста призамковой лопатки и хвостовика диска. В зонах контакта осуществляется сгущение сетки. Представлены результаты расчета в виде распределения температуры по замковому соединению. Показано, что имеет место перепад температуры по радиусу и ширине диска. Температура 533 °С со стороны входа пара падает до уровня 525 °С со стороны выхода пара. Приводятся результаты расчетной оценки напряженного состояния замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления паровой турбины, свидетельствующие о значительных напряжениях, способных вызывать пластическую деформацию.Библиографические ссылки
Shvetsov, V. L., Gubskiy, A. N., Palkov, I. A., & Palkov, S. A. (2012). Prochnost vysokonapryazhennykh elementov parovoy turbiny [Strength of high-stressed elements of a steam turbine]. Vestn. NTU «KhPI». Ser. Energeticheskiye i teplotekhnicheskiye protsessy i oborudovaniye – Bulletin of NTU "KhPI". Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment, no. 7, pp. 70–75 (in Russian).
Shulzhenko, N. G., Grishin, N. N., & Palkov I.A. (2013). Napryazhennoye sostoyaniye zamkovogo soyedineniya rabochikh lopatok turbiny [Stressed state of the lock joint of turbine blades]. Problemy mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 16, no. 3, pp. 37–45 (in Russian).
Shvetsov, V. L., Litovka, V. A., Palkov I. A., & Palkov S. A. (2012). Issledovaniye napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya zamkovogo soyedineniya rabochikh lopatok [Investigation of the stress-strain state of the lock joint of rotor blades]. Problemy mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 15, no. 2, pp. 31–36 (in Russian).
Podgornyy, A. N., Marchenko, G. A., Gontarovskiy, P. P., & Kirkach, B. N. (1984). Resheniye prikladnykh kontaktnykh zadach metodom konechnykh elementov [Solution of applied contact problems by the finite element method].Kharkov: IPMash ANUSSR, 64 p. (in Russian).
(2002). Metodicheskiye ukazaniya po rassledovaniyu prichin povrezhdeniy detaley rotorov parovykh turbin elektrostantsiy [Guidelines for investigating the causes of damage to rotor parts of steam turbines of power plants]: Regulatory document RD 153-34.1-17.424-2001.Moscow: All-Russia Thermal Engineering Institute (JSC "VTI"), 82 p. (in Russian).
Shulzhenko, N. G., Gontarovskiy, P. P., & Zaytsev, B. F. (2011). Zadachi termoprochnosti, vibrodiagnostiki i resursa energoagregatov (modeli, metody, rezultaty issledovaniy). [Problems of thermal strength, vibrodiagnostics and resource of power units (models, methods, results of research)].Saarbrücken,Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 370 p. (in Russian).
Liberman, L. Ya. & Peysikhis M. I. (1997). Svoystva staley i splavov, primenyayemykh v kotloturbostroyenii (spravochnik): v 3-kh t. [Properties of steels and alloys used in boiler turbine construction (reference book): in 3 vols.]. Leningrad: JSC I. I. Polzunov Scientific and Development Association on the Research and Design of Power Equipment (in Russian).
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2019 Ihor A. Palkov, Mykola H. Shulzhenko
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
