Файл: el_sila www.mscsoftware.ru[document[conf[moscow_conf[conf_1999[el_sila.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.06.2020
Просмотров: 242
Скачиваний: 2
ОПЫТ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПРОГРАММ
ФИРМЫ
MSC
ДЛЯ
РАСЧЕТА
ДИНАМИКИ
И
ПРОЧНОСТИ
ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
Б
.
В
.
Рыжик
Санкт
-
Петербург
,
АО
“
Электросила
”
1.
Введение
Требования
,
предъявляемые
к
надежности
и
эксплуатационным
характеристикам
турбогенераторов
,
устанавливаемых
на
тепловых
и
атомных
электростанциях
,
чрезвычайно
высоки
.
Номинальный
срок
службы
проектируемых
в
настоящее
время
турбогенераторов
составляет
40
лет
.
Турбогенератор
должен
выдерживать
без
повреждения
возможные
аварийные
режимы
.
Жесткие
ограничения
налагаются
на
уровень
вибрации
и
шума
.
При
этом
турбогенератор
является
высоконагруженной
машиной
,
подвергающейся
воздействию
целого
комплекса
нагрузок
различной
природы
,
вызывающих
значительные
механические
напряжения
.
Обеспечение
надежной
работы
турбогенераторов
в
течение
столь
длительного
срока
достигается
за
счет
тщательного
и
подробного
анализа
динамики
и
прочности
всех
узлов
и
деталей
с
использованием
современных
методов
расчета
.
В
частности
многие
механические
задачи
могут
быть
эффективно
и
надежно
решены
с
помощью
программных
продуктов
,
предоставляемых
фирмой
MSC.Software.
Использование
конечно
-
элементного
моделирования
позволяет
получить
подробную
картину
напряженного
состояния
различных
деталей
,
оценить
их
динамические
свойства
,
проанализировать
влияние
концентраторов
напряжений
.
Во
многих
случаях
четкое
представление
о
характере
напряженного
состояния
подсказывает
пути
улучшения
конструкции
.
В
данной
работе
обобщается
опыт
использования
программ
фирмы
MSC
– PATRAN, NASTRAN, Advanced FEA
при
исследовании
динамики
и
прочности
турбогенераторов
.
Рассматривается
постановка
задач
,
подходы
к
их
решению
,
приводятся
примеры
результатов
расчета
.
2.
Расчет
узлов
и
деталей
ротора
При
расчете
деталей
ротора
конечно
-
элементные
программы
использовались
в
основном
для
анализа
прочности
и
усталости
.
Вращающийся
ротор
испытывает
воздействие
целого
комплекса
нагрузок
,
включающих
центробежные
силы
,
контактное
давление
в
насаженных
деталях
,
изгибающий
момент
от
действия
собственного
веса
,
крутящий
момент
,
вызываемый
электромагнитными
силами
.
Эти
нагрузки
создают
как
постоянные
,
так
и
переменные
во
времени
напряжения
с
различной
частотой
изменения
.
Механические
расчеты
должны
включать
анализ
прочности
,
малоцикловой
и
высокоцикловой
усталости
.
2.
1
Расчет
на
прочность
и
малоцикловую
усталость
от
действия
центробежных
и
контактных
сил
При
вращении
на
ротор
и
его
детали
действуют
центробежные
силы
,
создающие
значительные
растягивающие
напряжения
.
Уровень
этих
напряжений
в
некоторых
частях
ротора
весьма
высок
,
особенно
в
зонах
с
большими
диаметрами
и
наличием
концентраторов
,
таких
как
пазы
,
канавки
,
отверстия
.
Ротор
турбогенератора
содержит
ряд
насаженных
деталей
–
бандажных
и
контактных
колец
,
вентиляторов
,
полумуфт
.
Контактное
давление
в
зонах
посадки
создает
сжимающие
напряжения
в
валу
и
растягивающие
–
в
деталях
.
Контактное
давление
максимально
,
когда
ротор
покоится
.
При
вращении
центробежные
силы
частично
снимают
давление
посадки
.
Когда
ротор
вращается
с
постоянной
частотой
,
комбинация
центробежных
и
контактных
нагрузок
создает
постоянные
во
времени
напряжения
.
При
пусках
и
остановах
они
изменяются
с
изменением
частоты
вращения
.
Расчет
на
прочность
должен
включать
анализ
постоянного
напряженного
состояния
при
покое
и
вращении
с
максимальной
частотой
и
оценку
малоцикловой
усталости
при
пусках
-
остановах
генератора
.
Расчет
напряженного
и
деформированного
состояния
в
данном
случае
представляет
собой
решение
достаточно
сложной
нелинейной
контактной
задачи
.
Программа
для
нелинейного
анализа
фирмы
MSC - Advanced FEA -
оказалась
весьма
эффективной
при
ее
решении
.
Примеры
результатов
расчета
для
активной
части
ротора
,
бандажного
кольца
и
вентилятора
представлены
на
рис
.1,2,3.
В
большинстве
случаев
достаточно
было
получить
решение
в
двухмерной
постановке
–
плоской
для
активной
части
ротора
,
осесимметричной
для
кольцевых
насаженных
деталей
.
Для
более
сложных
деталей
,
таких
как
вентиляторы
,
приходилось
решать
задачу
в
полной
трехмерной
постановке
.
Рис
.1.
Результаты
расчета
напряжений
в
активной
части
ротора
Рис
.2.
Результаты
расчета
напряжений
в
зоне
контакта
бандажное
-
центрирующее
кольцо
Рис
.3.
Результаты
расчета
напряжений
в
центробежном
вентиляторе
2.2.
Расчет
усталостной
прочности
,
связанной
с
прогибом
под
действием
весовой
нагрузки
.
Ротор
турбогенератора
устанавливается
горизонтально
и
под
действием
собственного
веса
изгибается
в
вертикальной
плоскости
.
При
вращении
вокруг
изогнутой
оси
в
валу
возникают
знакопеременные
напряжения
с
частотой
,
в
два
раза
превышающей
частоту
вращения
.
Уровень
этих
напряжений
в
наиболее
нагруженных
сечениях
является
одним
из
критических
параметров
с
точки
зрения
механики
,
поскольку
именно
он
определяет
усталостную
прочность
и
ресурс
вала
.
Оценка
усталостной
прочности
проводится
на
основе
расчета
напряженного
состояния
в
основных
сечениях
ротора
.
При
проведении
расчета
очень
важно
точно
учесть
влияние
различных
концентраторов
напряжений
–
отверстий
,
скруглений
в
местах
изменения
диаметра
,
канавок
и
т
.
п
.
В
тех
случаях
,
когда
в
какой
-
то
области
сосредоточено
несколько
концентраторов
,