Контактне деформування вузла ущільнення трубопроводу
Ключові слова:
турбоустановка, трубопровід, фланцеве з'єднання, контактна задача, напружено-деформований стан, контактний тискАнотація
Досліджено особливості напружено-деформованого стану сполучного вузла паропроводу турбоустановки на основі використання тривимірної розрахункової моделі конструкції і поверхонь, що контактують між собою. Вузол, що розглядається, включає в себе власне трубопровід, обжимний кожух, що складається з двох половин, в одній з яких встановлено відведення, і прокладку-ущільнювач. Сформовано математичну модель, що враховує механічні навантаження, які викликані як внутрішнім тиском пари на стінку паропроводу, так і затягуванням кріплень кожуха. Розглянута модель також включає контактну взаємодію в вузлі ущільнення на контактних поверхнях трубопроводу, верхньої та нижньої половин кожуха. Запропоновано методику розв'язання даної контактної задачі, яка ґрунтується на використанні методу скінченних елементів. В основу скінченноелементної моделі покладено двадцативузлові тривимірні скінченні елементи з трьома ступенями свободи в кожному вузлі. Для опису контакту і ковзання між поверхнями використовувалися восьмивузлові контактні скінченні елементи. Врахування контактних умов здійснювалося за допомогою методу штрафних функцій. Проведено верифікацію моделі і програмного забезпечення, що реалізує запропоновану методику, шляхом порівняння результатів розрахунку і експериментальних даних, які отримані на фізичній моделі трубопроводу. Фізична модель була виготовлена з низькомодульного матеріалу з дотриманням повної геометричної подібності і такого ж співвідношення модулів пружності матеріалів, як і в реальному об'єкті. Визначено напружено-деформований стан сполучного вузла реального трубопроводу в тривимірній постановці і виявлено найбільш напружені зони в вузлі, що потребують підвищеної уваги під час проєктування та експлуатації трубопроводів та їх з'єднань. Розроблений підхід і програмне забезпечення дають можливість визначити контактний тиск для фланців горизонтального роз'єму високонапружених корпусів циліндрів потужних парових турбін, що дозволяє уникнути великої кількості дорогих експериментальних досліджень.Посилання
Kalyutik, A. A. & Sergeyev, V. V. (2003). Truboprovody teplovykh elektricheskikh stantsiy [Pipelines of thermal power plants]: A tutorial.St. Petersburg: Publishing House ofSt. PetersburgPolytechnicUniversity, 50 p. (in Russian).
Prigorovskiy, N. I. & Preyss, A. K. (1958). Issledovaniye napryazheniy i zhestkosti detaley mashin na tenzometricheskikh modelyakh [Study of stresses and stiffness of machine parts on tensometric models].Moscow: AN SSSR, 232 p. (in Russian).
(2011). Issledovaniye vliyaniya konstruktivnykh razmerov kozhukha-troynika na napryazhenno-deformirovannoye sostoyaniye uzla uplotneniya osnovnogo gazoprovoda [Study of the influence of the design dimensions of the tee casing on the stress-strain state of the seal assembly of the main gas pipeline]: Report on research work No. D-4089; Research Director – Kabanov, A. F. Kharkov: Special Design Bureau "Turboatom", 96 p. (in Russian).
Turenko, A. N., Bogomolov, V. A., Stepchenko, A. S., Kedrovskaya, O. V., & Klimenko, V. I. (2003). Kompyuternoye proyektirovaniye i raschet na prochnost detaley avtomobilya [Computer design and strength calculation of car parts]: A tutorial. Kharkiv:KharkivHighwayUniversity, 336 p. (in Russian).
Deryagin, A. A. (2013). Formoobrazovaniye i animatsiya 3D-obyektov na osnove tetragonalnoy regulyarnoy setki [Shaping and animation of 3D objects based on a tetragonal regular grid]. Prikladnaya informatika – Journal of Applied Informatics, no. 2 (44), pp. 94–101 (in Russian).
Tolok, V. A., Kirichevskiy, V. V., Gomenyuk, S. I., Grebenyuk, S. N., & Buvaylo, D. P. (2003). Metod konechnykh elementov. Teoriya, algoritmy, realizatsiya [Method of finite elements. Theory, algorithms, implementation]. Kiyev: Naukova Dumka, 283 p. (in Russian).
Stefancu, A. I., Melenciuc, S. C., & Budescu, M. (2011). Penalty based algorithms for frictional contact problems. The Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy. Section: Architecture. Construction, no. 3, pp. 54–58.
Wriggers, P., Vu Van, T., & Stein, E. (1990). Finite element formulation of large deformation impact-contact problems with friction. Computers & Structures, vol. 37, iss. 3, pp. 319–331. https://doi.org/10.1016/0045-7949(90)90324-U.
Guz, A. N., Chernyshenko, I. S., Chekhov, V. N., Chekhov, V. N., & Shnerenko, K. I. (1974). Tsilindricheskiye obolochki, oslablennyye otverstiyami [Cylindrical shells weakened by holes]. Kiyev: Naukova Dumka, 272 p. (in Russian).
Perlin, A. A., Shalkin, M. K., & Khryashchev, Yu. K. (1967). Issledovaniye prochnosti sudovykh konstruktsiy na tenzometricheskikh modelyakh [Research of the strength of ship structures on tensometric models]. Leningrad: Sudostroyeniye, 80 p. (in Russian).
Gudimov, M. M. & Perov, B. V. (1981). Organicheskoye steklo [Organic glass]. Moscow: Khimiya, 216 p. (in Russian).
(2013). Usovershenstvovaniye i vnedreniye sposoba opredeleniya kontaktnogo davleniya v uzle uplotneniya osnovnogo gazoprovoda po rezultatam tenzometrirovaniya [Improvement and implementation of a method for determining the contact pressure in the seal unit of the main gas pipeline based on the results of strain gauging]: Report on research work No. D-4473; Research Director – Kabanov, A. F. Kharkov: Special Design Bureau "Turboatom", 50 p. (in Russian).
Savin, G. N. (1968). Raspredeleniye napryazheniy okolo otverstiy [Distribution of stresses around the holes]. Kiyev: Naukova Dumka, 891 p. (in Russian).
Prigorovskiy, N. I. (1982). Metody i sredstva opredeleniya poley deformatsiy i napryazheniy [Methods and means for determining the fields of deformations and stresses]. Moscow: Mashinostroyeniye, 248 p. (in Russian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Serhii A. Palkov, Andrii O. Kostikov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
