📄Работа №102279
Тема: СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СЕТЕВЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБИН
Характеристики работы
Тип работы
Диссертации (РГБ)
Предмет
Машиностроение
Объем:
135 листов
Год:
2018
Просмотров:
353
4355
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Состояние вопроса. Постановка задач исследования 9
1.1. Анализ эксплуатации ПСГ 9
1.2. Методы расчета напряженного состояния трубной системы 17
1.3. Вибрационный расчет трубок 28
1.4. Выводы. Постановка задач исследования 33
2. Разработка методики расчета трубной системы на статическую прочность 35
2.1. Прочностной расчет ПСГ, включающий взаимодействующие упругие
элементы: трубные доски, корпус, трубы, компенсатор 35
2.2. Вариационная формулировка задачи и ее решение методом конечных
элементов 38
2.3. Тестирование программ и анализ напряженно-деформированного
состояния перфорированных пластин 46
2.4. Выводы 58
3. Разработка методики расчета трубной системы на динамическую прочность .. 60
3.1. Обоснование расчетной схемы с учетом усилий растяжения-сжатия 60
3.2. Вариационная формулировка задачи и ее решение методом конечных
элементов 62
3.3. Тестирование программ и анализ спектра частот и форм колебаний
трубок 63
3.4. Выводы 73
4. Автоматизированное проектирование и оптимизация конструкции сетевых
подогревателей горизонтального типа 74
4.1. Программно-параметрическое проектирование сетевых подогревателей .. 74
4.2. Снижение напряжений в трубной системе за счет выбора компенсатора... 80
4.3. Отстройка трубной системы от резонанса 104
4.4. Исследование НДС водяных камер ПСГ с перегородками,
используемыми в качестве анкерных связей 109
4.5. Выводы 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 124
ПРИЛОЖЕНИЯ 134
Справка об использовании результатов диссертационной работы Билана А.В... 135
1. Состояние вопроса. Постановка задач исследования 9
1.1. Анализ эксплуатации ПСГ 9
1.2. Методы расчета напряженного состояния трубной системы 17
1.3. Вибрационный расчет трубок 28
1.4. Выводы. Постановка задач исследования 33
2. Разработка методики расчета трубной системы на статическую прочность 35
2.1. Прочностной расчет ПСГ, включающий взаимодействующие упругие
элементы: трубные доски, корпус, трубы, компенсатор 35
2.2. Вариационная формулировка задачи и ее решение методом конечных
элементов 38
2.3. Тестирование программ и анализ напряженно-деформированного
состояния перфорированных пластин 46
2.4. Выводы 58
3. Разработка методики расчета трубной системы на динамическую прочность .. 60
3.1. Обоснование расчетной схемы с учетом усилий растяжения-сжатия 60
3.2. Вариационная формулировка задачи и ее решение методом конечных
элементов 62
3.3. Тестирование программ и анализ спектра частот и форм колебаний
трубок 63
3.4. Выводы 73
4. Автоматизированное проектирование и оптимизация конструкции сетевых
подогревателей горизонтального типа 74
4.1. Программно-параметрическое проектирование сетевых подогревателей .. 74
4.2. Снижение напряжений в трубной системе за счет выбора компенсатора... 80
4.3. Отстройка трубной системы от резонанса 104
4.4. Исследование НДС водяных камер ПСГ с перегородками,
используемыми в качестве анкерных связей 109
4.5. Выводы 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 124
ПРИЛОЖЕНИЯ 134
Справка об использовании результатов диссертационной работы Билана А.В... 135
📖 Введение
Актуальность темы. В последние десятилетия в энергетике России произошли структурные изменения в потреблении тепловой и электрической энергии, что привело к существенному изменению режимов работы теплофикационных турбин, к частым пускам и остановам оборудования, которое проектировалось для работы преимущественно в базовых режимах. Новые, непредусмотренные при проектировании, условия работы приводят к уменьшению ресурса мощных теплофикационных турбоустановок, в том числе сетевых подогревателей горизонтального типа (ПСГ).
Наиболее повреждаемым элементом ПСГ является трубная система. Анализ эксплуатации ПСГ производства Уральского турбинного завода (АО “УТЗ”), проведенный станциями Москвы, Санкт-Петербурга, Киева совместно с научно-исследовательскими институтами МЭИ, ВТИ, НПО ЦКТИ, УрФУ показывает, что имеется коррозионное растрескивание трубок под напряжением, которое при плохом качестве сетевой воды приводит к полной замене трубных пучков через 5.7 лет работы. Заглушение поврежденных трубок приводит к уменьшению поверхности теплообмена и возрастанию гидравлического сопротивления, увеличению недогрева и, как следствие, к понижению экономичности всей турбоустановки.
В последнее время станции заказывают ПСГ на давление по воде 1,6...1,8 МПа, что фактически в 2 раза больше, чем в эксплуатируемых в настоящее время подогревателях на давление 0,8.. .1,1 МПа. Ведутся разработки ПСГ на давление 2,5 МПа по сетевой воде. Повышенное давление приводит к увеличению напряжений в трубных досках, трубках, корпусе, компенсаторе, а это требует новых конструктивных решений, которые должны быть обоснованы более точным учетом условий работы всех элементов ПСГ.
Поэтому совершенствование методов расчета на прочность трубной системы ПСГ с применением современных численных методов и исследование напряженно - деформированного состояния (НДС) всех элементов является актуальной задачей, решение которой позволит создавать оптимальные конструкции проектируемых подогревателей, а также повысить ресурс находящихся в эксплуатации.
Степень разработанности темы
Имеются опубликованные результаты исследований, проведенных на станциях, посвященных анализу повреждаемости трубной системы ПСГ, в том числе влиянию на нее режимов эксплуатации турбины. Для расчета трубных досок на заводах используются руководящие указания НПО ЦКТИ и ГОСТ Р 52857.7-2007, которые не учитывают прогиб трубных досок и не позволяют определить напряжения растяжения-сжатия трубок в зависимости от их расположения в трубном пучке.
Существующие методики расчета трубной системы ПСГ на вибрацию не учитывают напряжения растяжения-сжатия трубок, что может вносить значительную погрешность в результаты.
Цели и задачи исследования:
- Разработка уточненной методики расчета на прочность ПСГ как взаимосвязанной системы: трубные доски, трубки, корпус, компенсатор с применением метода конечных элементов (МКЭ).
- Исследование НДС всех элементов трубной системы ПСГ с целью повышения их надежности и увеличения ресурса.
- Оценка влияния неравномерности нагрева сетевой воды по ходам на напряжения в трубках ПСГ.
- Разработка новых конструктивных решений по повышению надежности трубной системы.
- Разработка программного комплекса по проектированию сетевых подогревателей и внедрение его в промышленную эксплуатацию в АО “УТЗ”
Научная новизна. В работе получен ряд новых результатов:
- Разработана уточненная методика расчета ПСГ как взаимосвязанной системы всех элементов МКЭ, дающая более точные результаты, чем раздельный расчет на прочность трубных досок, трубок, корпуса, компенсатора.
- Автоматизированным способом создана 3D модель ПСГ-4900, используемая для расчетов в ANSYS.
- Впервые исследован спектр собственных частот трубного пучка ПСГ с учетом имеющихся напряжений растяжения-сжатия в трубках. Доказано, что отстройка от резонанса на 50 Гц возможна только повышением первой собственной частоты трубок выше 60 Гц.
- Доказано, что при использовании влажного пара или перегретого на 30.50 0С и особенно при повышенных давлениях сетевой воды 1,6.1,8 МПа предпочтительнее бескомпенсаторная конструкция ПСГ или со встроенным в трубную доску компенсатором.
- Доказано, что при использовании перегородок между ходами водяных камер в качестве анкерных связей допустимо утонить трубную доску до толщины 60 мм, определяемой условиями прочности и плотности вальцовочного соединения трубок. При этом существенно уменьшаются максимальные растягивающие напряжения в трубках с 50.110 до 20.25 МПа и увеличивается их ресурс.
Теоретическая и практическая значимость работы:
- Разработанная автором методика реализована в виде комплекса программ по автоматизированному и оптимальному проектированию ПСГ в АО «УТЗ».
- Показана возможность частичной компенсации напряжений за счет утонения края трубной доски.
- При работе ПСГ на перегретом паре предложен односторонний компенсатор, который работает при повышенных температурах пара.
- Для уменьшения габаритов компенсатора предложен компенсатор, располагаемый между корпусом и трубной доской, а также его комбинация с компенсатором, встроенным в корпус, что уменьшает вес трубной доски.
- Обоснована необходимость повышения первой частоты трубок выше 60 Гц и предложен для этого один из способов реализации - двойные перегородки.
- Разработана конструкция водяных камер с анкерными связями, в качестве которых выступают перегородки между ходами, что позволяет заменить эллиптические днища на плоские и приводит, при неизменной поверхности теплообмена, к существенному сокращению длины ПСГ (до 1,2 м), утонению трубной доски, уменьшению напряжений в трубках и увеличению их ресурса.
Методология и методы диссертационного исследования базируются на применении научно обоснованной теории механики деформированного твердого тела, метода конечных элементов, численных методов решения систем уравнений и определения собственных значений, использовании сертифицированного программного обеспечения ANSYS.
На защиту выносятся:
- Обоснование и результаты разработки уточненной методики расчета на прочность ПСГ как взаимосвязанной системы: трубные доски, трубки, корпус, компенсатор с применением МКЭ.
- Результаты исследования спектра собственных частот трубного пучка ПСГ с учетом имеющихся напряжений растяжения-сжатия в трубках. Доказано, что отстройка от резонансов возможна только повышением первой собственной частоты выше 60 Гц.
- Исследование влияния компенсатора на напряжения растяжения-сжатия в трубках. Обоснование бескомпенсаторной конструкции при использовании влажного пара или перегретого на 30...50 0С и особенно при повышенных давлениях сетевой воды 1,6...1,8 МПа, которая приводит к меньшим напряжениям в трубках и повышению их ресурса.
- Результаты исследования и обоснование конструкции водяных камер с перегородками между ходами, используемыми в качестве анкерных связей, что уменьшает изгибные напряжения в трубной доске и позволяет уменьшить ее толщину, а также уменьшает напряжения в трубках и увеличивает их ресурс.
Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается применением апробированных методов расчета на прочность, в том числе метода конечных элементов, проведением многочисленных тестов по известным решениям задач колебания стержней, изгиба перфорированных пластин.
Были выполнены расчеты ПСГ в осесимметричной постановке, а также со смещением трубного пучка и различных температур трубок по ходам в 3D постановке с помощью комплекса ANSYS, подтверждена обоснованность принятых упрощений при инженерных расчетах.
Были проведены экспериментальные измерения напряжений в корпусе и периферийных трубках при гидроиспытаниях ПСГ-2200 с латунными (ЛО70-1) трубками турбины Тп-100/110-90. Получено соответствие расчетных и экспериментальных максимальных напряжений с точностью 10% (2 МПа), что находится в пределах погрешности тензометрирования.
Реализация результатов. Комплекс программ и полученные результаты исследований используются в АО «УТЗ». Разработанная методика расчета трубных досок утверждена НПО ЦКТИ. Проведено исследование и обоснование конструкции ПСГ, спроектированных и изготовленных АО «УТЗ»:
- ПСГ-2200-3-16 на повышенное давление по воде 1,6 МПа без компенсатора для турбины Тп-100/110-90, установленной на Сибирском химическом комбинате.
- ПСГ-1250-3-18 на повышенное давление по воде 1,8 МПа без компенсатора для турбины Т-95/105-8,8, установленной на Петропавловской ТЭЦ-2 (Казахстан).
- Модернизированного ПСГ-4900-3-11,4, работающего на перегретом паре, с утонением трубной доски, имевшей толщину 135 мм, на 30 мм, и уменьшением веса ПСГ на 5 тонн для турбины Т-295/335-23,5 ТЭЦ-22 ПАО «Мосэнерго».
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на: Международной научно-технической конференции «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования» (Харьков, 2006 г., 2009 г.); Всеукраинской научно-технической конференции (Харьков, НТУ «ХПИ», 2013 г.); XXXXV Всероссийском симпозиуме по механике и процессам управления (Миасс, 2015 г); Второй научно-технической конференция молодых ученых Уральского энергетического института (Екатеринбург, 2017 г.)
Публикации. Основные положения и выводы изложены в 9 печатных работах, в том числе в трех публикациях в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК; в двух патентах на изобретение; в трех патентах на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 104 наименований. Весь материал изложен на 135 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 18 таблиц, 1 приложение.
Работа выполнена в ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» на кафедре «Турбины и двигатели» и в АО “УТЗ”, где работает автор.
Автор благодарен научному руководителю д.т.н., проф. Плотникову П.Н. за руководство и работу над совместными публикациями; заведующему кафедрой д.т.н., проф. Бродову Ю.М. за постоянное внимание к работе и обсуждение на семинарах; д.т.н., проф. Рябчикову А.Ю. за рецензирование и критические замечания, а также всем сотрудникам кафедры, принявшим активное участие в обсуждении результатов и выводов по работе.
Автор благодарен руководству и всему коллективу СКБт АО “УТЗ” за поддержку и помощь при написании диссертации.
Наиболее повреждаемым элементом ПСГ является трубная система. Анализ эксплуатации ПСГ производства Уральского турбинного завода (АО “УТЗ”), проведенный станциями Москвы, Санкт-Петербурга, Киева совместно с научно-исследовательскими институтами МЭИ, ВТИ, НПО ЦКТИ, УрФУ показывает, что имеется коррозионное растрескивание трубок под напряжением, которое при плохом качестве сетевой воды приводит к полной замене трубных пучков через 5.7 лет работы. Заглушение поврежденных трубок приводит к уменьшению поверхности теплообмена и возрастанию гидравлического сопротивления, увеличению недогрева и, как следствие, к понижению экономичности всей турбоустановки.
В последнее время станции заказывают ПСГ на давление по воде 1,6...1,8 МПа, что фактически в 2 раза больше, чем в эксплуатируемых в настоящее время подогревателях на давление 0,8.. .1,1 МПа. Ведутся разработки ПСГ на давление 2,5 МПа по сетевой воде. Повышенное давление приводит к увеличению напряжений в трубных досках, трубках, корпусе, компенсаторе, а это требует новых конструктивных решений, которые должны быть обоснованы более точным учетом условий работы всех элементов ПСГ.
Поэтому совершенствование методов расчета на прочность трубной системы ПСГ с применением современных численных методов и исследование напряженно - деформированного состояния (НДС) всех элементов является актуальной задачей, решение которой позволит создавать оптимальные конструкции проектируемых подогревателей, а также повысить ресурс находящихся в эксплуатации.
Степень разработанности темы
Имеются опубликованные результаты исследований, проведенных на станциях, посвященных анализу повреждаемости трубной системы ПСГ, в том числе влиянию на нее режимов эксплуатации турбины. Для расчета трубных досок на заводах используются руководящие указания НПО ЦКТИ и ГОСТ Р 52857.7-2007, которые не учитывают прогиб трубных досок и не позволяют определить напряжения растяжения-сжатия трубок в зависимости от их расположения в трубном пучке.
Существующие методики расчета трубной системы ПСГ на вибрацию не учитывают напряжения растяжения-сжатия трубок, что может вносить значительную погрешность в результаты.
Цели и задачи исследования:
- Разработка уточненной методики расчета на прочность ПСГ как взаимосвязанной системы: трубные доски, трубки, корпус, компенсатор с применением метода конечных элементов (МКЭ).
- Исследование НДС всех элементов трубной системы ПСГ с целью повышения их надежности и увеличения ресурса.
- Оценка влияния неравномерности нагрева сетевой воды по ходам на напряжения в трубках ПСГ.
- Разработка новых конструктивных решений по повышению надежности трубной системы.
- Разработка программного комплекса по проектированию сетевых подогревателей и внедрение его в промышленную эксплуатацию в АО “УТЗ”
Научная новизна. В работе получен ряд новых результатов:
- Разработана уточненная методика расчета ПСГ как взаимосвязанной системы всех элементов МКЭ, дающая более точные результаты, чем раздельный расчет на прочность трубных досок, трубок, корпуса, компенсатора.
- Автоматизированным способом создана 3D модель ПСГ-4900, используемая для расчетов в ANSYS.
- Впервые исследован спектр собственных частот трубного пучка ПСГ с учетом имеющихся напряжений растяжения-сжатия в трубках. Доказано, что отстройка от резонанса на 50 Гц возможна только повышением первой собственной частоты трубок выше 60 Гц.
- Доказано, что при использовании влажного пара или перегретого на 30.50 0С и особенно при повышенных давлениях сетевой воды 1,6.1,8 МПа предпочтительнее бескомпенсаторная конструкция ПСГ или со встроенным в трубную доску компенсатором.
- Доказано, что при использовании перегородок между ходами водяных камер в качестве анкерных связей допустимо утонить трубную доску до толщины 60 мм, определяемой условиями прочности и плотности вальцовочного соединения трубок. При этом существенно уменьшаются максимальные растягивающие напряжения в трубках с 50.110 до 20.25 МПа и увеличивается их ресурс.
Теоретическая и практическая значимость работы:
- Разработанная автором методика реализована в виде комплекса программ по автоматизированному и оптимальному проектированию ПСГ в АО «УТЗ».
- Показана возможность частичной компенсации напряжений за счет утонения края трубной доски.
- При работе ПСГ на перегретом паре предложен односторонний компенсатор, который работает при повышенных температурах пара.
- Для уменьшения габаритов компенсатора предложен компенсатор, располагаемый между корпусом и трубной доской, а также его комбинация с компенсатором, встроенным в корпус, что уменьшает вес трубной доски.
- Обоснована необходимость повышения первой частоты трубок выше 60 Гц и предложен для этого один из способов реализации - двойные перегородки.
- Разработана конструкция водяных камер с анкерными связями, в качестве которых выступают перегородки между ходами, что позволяет заменить эллиптические днища на плоские и приводит, при неизменной поверхности теплообмена, к существенному сокращению длины ПСГ (до 1,2 м), утонению трубной доски, уменьшению напряжений в трубках и увеличению их ресурса.
Методология и методы диссертационного исследования базируются на применении научно обоснованной теории механики деформированного твердого тела, метода конечных элементов, численных методов решения систем уравнений и определения собственных значений, использовании сертифицированного программного обеспечения ANSYS.
На защиту выносятся:
- Обоснование и результаты разработки уточненной методики расчета на прочность ПСГ как взаимосвязанной системы: трубные доски, трубки, корпус, компенсатор с применением МКЭ.
- Результаты исследования спектра собственных частот трубного пучка ПСГ с учетом имеющихся напряжений растяжения-сжатия в трубках. Доказано, что отстройка от резонансов возможна только повышением первой собственной частоты выше 60 Гц.
- Исследование влияния компенсатора на напряжения растяжения-сжатия в трубках. Обоснование бескомпенсаторной конструкции при использовании влажного пара или перегретого на 30...50 0С и особенно при повышенных давлениях сетевой воды 1,6...1,8 МПа, которая приводит к меньшим напряжениям в трубках и повышению их ресурса.
- Результаты исследования и обоснование конструкции водяных камер с перегородками между ходами, используемыми в качестве анкерных связей, что уменьшает изгибные напряжения в трубной доске и позволяет уменьшить ее толщину, а также уменьшает напряжения в трубках и увеличивает их ресурс.
Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается применением апробированных методов расчета на прочность, в том числе метода конечных элементов, проведением многочисленных тестов по известным решениям задач колебания стержней, изгиба перфорированных пластин.
Были выполнены расчеты ПСГ в осесимметричной постановке, а также со смещением трубного пучка и различных температур трубок по ходам в 3D постановке с помощью комплекса ANSYS, подтверждена обоснованность принятых упрощений при инженерных расчетах.
Были проведены экспериментальные измерения напряжений в корпусе и периферийных трубках при гидроиспытаниях ПСГ-2200 с латунными (ЛО70-1) трубками турбины Тп-100/110-90. Получено соответствие расчетных и экспериментальных максимальных напряжений с точностью 10% (2 МПа), что находится в пределах погрешности тензометрирования.
Реализация результатов. Комплекс программ и полученные результаты исследований используются в АО «УТЗ». Разработанная методика расчета трубных досок утверждена НПО ЦКТИ. Проведено исследование и обоснование конструкции ПСГ, спроектированных и изготовленных АО «УТЗ»:
- ПСГ-2200-3-16 на повышенное давление по воде 1,6 МПа без компенсатора для турбины Тп-100/110-90, установленной на Сибирском химическом комбинате.
- ПСГ-1250-3-18 на повышенное давление по воде 1,8 МПа без компенсатора для турбины Т-95/105-8,8, установленной на Петропавловской ТЭЦ-2 (Казахстан).
- Модернизированного ПСГ-4900-3-11,4, работающего на перегретом паре, с утонением трубной доски, имевшей толщину 135 мм, на 30 мм, и уменьшением веса ПСГ на 5 тонн для турбины Т-295/335-23,5 ТЭЦ-22 ПАО «Мосэнерго».
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на: Международной научно-технической конференции «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования» (Харьков, 2006 г., 2009 г.); Всеукраинской научно-технической конференции (Харьков, НТУ «ХПИ», 2013 г.); XXXXV Всероссийском симпозиуме по механике и процессам управления (Миасс, 2015 г); Второй научно-технической конференция молодых ученых Уральского энергетического института (Екатеринбург, 2017 г.)
Публикации. Основные положения и выводы изложены в 9 печатных работах, в том числе в трех публикациях в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК; в двух патентах на изобретение; в трех патентах на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 104 наименований. Весь материал изложен на 135 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 18 таблиц, 1 приложение.
Работа выполнена в ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» на кафедре «Турбины и двигатели» и в АО “УТЗ”, где работает автор.
Автор благодарен научному руководителю д.т.н., проф. Плотникову П.Н. за руководство и работу над совместными публикациями; заведующему кафедрой д.т.н., проф. Бродову Ю.М. за постоянное внимание к работе и обсуждение на семинарах; д.т.н., проф. Рябчикову А.Ю. за рецензирование и критические замечания, а также всем сотрудникам кафедры, принявшим активное участие в обсуждении результатов и выводов по работе.
Автор благодарен руководству и всему коллективу СКБт АО “УТЗ” за поддержку и помощь при написании диссертации.
✅ Заключение
1. Разработана уточненная методика расчета для определения напряжений в элементах ПСГ теплофикационных турбин в осесимметричной постановке как взаимосвязанной упругой системы: трубный пучок, трубная доска, компенсатор, корпус. Разработан алгоритм расчета МКЭ, который реализован в виде комплекса программ. Проведены исследования НДС ПСГ как взаимосвязанной системы, так и отдельных элементов ПСГ: трубной доски, компенсатора, корпуса, трубок.
2. Разработана методика расчета собственных частот колебаний трубок с учетом продольных усилий растяжения-сжатия, которая реализована в виде комплекса программ с применением МКЭ. Установлен частотный спектр и формы колебаний трубок ПСГ.
3. Проанализировано влияние компенсатора на НДС трубной системы ПСГ в зависимости от режима эксплуатации турбины и материала трубной системы. На режимах работы ПСГ на влажном паре или паре, перегретом на 30...50 0С, оптимальной будет бескомпенсаторная конструкция, а на режимах с перегревом пара более чем на 30.50 ОС необходим компенсатор, работающий только на сжатие.
4. Расчетами показано, что латунные трубки ПСГ имеют напряжения от минус 26 до 51 МПа в зависимости от радиуса их расположения, а стальные от минус 51 до 110 МПа. При этом спектр собственных частот колебаний трубок получается сплошным и часть трубок ПГС при эксплуатации может находится в резонансе с оборотной частотой турбины 50 Гц, что может являться одной из причин их повреждаемости.
5. Установлено, что отстройка трубной системы ПСГ от резонанса с оборотной частотой турбины 50 Гц осуществима только при увеличении первой собственной частоты колебаний трубок выше 60 Гц. Это можно реализовать уменьшением средних пролетов трубок из латуни до 725...750 мм, а из стальных - до 850...900 мм. В этом случае динамические коэффициенты уменьшаются, а запас по устойчивости увеличивается.
6. Разработан новый способ ужесточения трубок с целью повышения первой частоты выше 60 Гц. Предлагается реализовать защемление в средних пролетах установкой двух перегородок на расстоянии 50...60 мм.
7. Разработана конструкция водяных камер с перегородками, используемыми в качестве анкерных связей, позволяющая заменить эллиптические днища на плоские и уменьшить толщину трубной доски. Также уменьшаются растягивающие напряжения в периферийных трубках на 25.30 % и увеличивается их ресурс.
8. Реализовано автоматизированное построение 3D моделей ПСГ с использованием баз данных для передачи их в комплекс ANSYS.
9. 3D модель ПСГ использовалась в ANSYS для исследования различных факторов на НДС: смещение перфорированной зоны, различной температуры труб по ходам, рационального расположения анкерных связей и др. Рекомендуется для многовариантных проектировочных расчетов использовать осесимметричную постановку, а для поверочного расчета ANSYS.
10. Проведено исследование и обоснование новых конструкций ПСГ, спроектированных и изготовленных АО «УТЗ»:
- ПСГ-2200-3-16 на повышенное давление по воде 1,6 МПа без компенсатора для турбины Тп-100/110-90 , установленной на Сибирском химическом комбинате.
- ПСГ-1250-3-18 на повышенное давление по воде 1,8 МПа без компенсатора для турбины Т-95/105-8,8, установленной на Петропавловской ТЭЦ- 2 (Казахстан).
- Модернизированного ПСГ-4900-3-11,4 на перегретом паре, с утонением трубной доски, имевшей толщину 135 мм, на 30 мм, и уменьшением веса ПСГ на 5 тонн для турбины Т-295/335-23,5 ТЭЦ-22 ПАО «Мосэнерго».
2. Разработана методика расчета собственных частот колебаний трубок с учетом продольных усилий растяжения-сжатия, которая реализована в виде комплекса программ с применением МКЭ. Установлен частотный спектр и формы колебаний трубок ПСГ.
3. Проанализировано влияние компенсатора на НДС трубной системы ПСГ в зависимости от режима эксплуатации турбины и материала трубной системы. На режимах работы ПСГ на влажном паре или паре, перегретом на 30...50 0С, оптимальной будет бескомпенсаторная конструкция, а на режимах с перегревом пара более чем на 30.50 ОС необходим компенсатор, работающий только на сжатие.
4. Расчетами показано, что латунные трубки ПСГ имеют напряжения от минус 26 до 51 МПа в зависимости от радиуса их расположения, а стальные от минус 51 до 110 МПа. При этом спектр собственных частот колебаний трубок получается сплошным и часть трубок ПГС при эксплуатации может находится в резонансе с оборотной частотой турбины 50 Гц, что может являться одной из причин их повреждаемости.
5. Установлено, что отстройка трубной системы ПСГ от резонанса с оборотной частотой турбины 50 Гц осуществима только при увеличении первой собственной частоты колебаний трубок выше 60 Гц. Это можно реализовать уменьшением средних пролетов трубок из латуни до 725...750 мм, а из стальных - до 850...900 мм. В этом случае динамические коэффициенты уменьшаются, а запас по устойчивости увеличивается.
6. Разработан новый способ ужесточения трубок с целью повышения первой частоты выше 60 Гц. Предлагается реализовать защемление в средних пролетах установкой двух перегородок на расстоянии 50...60 мм.
7. Разработана конструкция водяных камер с перегородками, используемыми в качестве анкерных связей, позволяющая заменить эллиптические днища на плоские и уменьшить толщину трубной доски. Также уменьшаются растягивающие напряжения в периферийных трубках на 25.30 % и увеличивается их ресурс.
8. Реализовано автоматизированное построение 3D моделей ПСГ с использованием баз данных для передачи их в комплекс ANSYS.
9. 3D модель ПСГ использовалась в ANSYS для исследования различных факторов на НДС: смещение перфорированной зоны, различной температуры труб по ходам, рационального расположения анкерных связей и др. Рекомендуется для многовариантных проектировочных расчетов использовать осесимметричную постановку, а для поверочного расчета ANSYS.
10. Проведено исследование и обоснование новых конструкций ПСГ, спроектированных и изготовленных АО «УТЗ»:
- ПСГ-2200-3-16 на повышенное давление по воде 1,6 МПа без компенсатора для турбины Тп-100/110-90 , установленной на Сибирском химическом комбинате.
- ПСГ-1250-3-18 на повышенное давление по воде 1,8 МПа без компенсатора для турбины Т-95/105-8,8, установленной на Петропавловской ТЭЦ- 2 (Казахстан).
- Модернизированного ПСГ-4900-3-11,4 на перегретом паре, с утонением трубной доски, имевшей толщину 135 мм, на 30 мм, и уменьшением веса ПСГ на 5 тонн для турбины Т-295/335-23,5 ТЭЦ-22 ПАО «Мосэнерго».
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.