Коливання лопаткових вінців робочих коліс парових турбін з детермінованим та випадковим розладом параметрів бандажного зв’язку - Автореферат

Дослідження таких систем може бути зведене до рішення задачі на основі одного сектора, що дає можливість застосовувати складні моделі, які дозволяють проводити детальний числовий аналіз їх напружено-деформованого стану (НДС). В цьому випадку для аналізу поводження системи звичайно використовується метод статистичного моделювання, що дозволяє одержати результати на основі числових експериментів необхідної для статистичної обробки кількості реалізацій параметрів розладу. Тому, навіть незважаючи на інтенсивний розвиток можливостей і ресурсів сучасних компютерів, ведуться розробки методів ефективного моделювання і зниження порядку задач СЕ аналізу лопаткових апаратів робочих коліс із розладом. Таким чином, актуальною проблемою є розробка методів дослідження коливань лопаткових апаратів із випадковим розладом для складних тривимірних скінчено-елементних моделей, що враховують усі їх конструктивні особливості, та вивчення на їх основі закономірностей впливу розладу параметрів бандажного звязку на надійність лопаткових вінців, що і визначило напрямки дисертаційної роботи. Провести дослідження динамічних характеристик лопаткового апарату, як системи з ЦС, з урахуванням конструкційних та технологічних особливостей, що призводять до попередньої статичної контактної взаємодії розємних елементів у бандажній полиці, а також провести аналіз закономірностей формування амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) лопаткового апарату із детермінованим та випадковим технологічним розладом параметрів бандажу;Разом із тим не враховуються причини розладу та особливості його просторового розташування у секторі, що особливо актуально для систем, розлад яких повязаний із технологічними відхиленнями, що мають місце при складанні лопаткових вінців. На основі проведеного аналізу було встановлено, що використання класичних методів теорії коливань для визначення динамічних характеристик механічних систем із розладом на основі докладних СЕ моделей, які враховують їх основні конструктивні елементи, не дозволяє отримати розвязки внаслідок занадто великої розмірності задачі. Це показує, що актуальною задачею є розробка методів конденсації розмірності задачі коливань систем із розладом, що зводяться до використання СЕ моделей одного сектору. Для попередньо досліджуємої СЕ моделі було проведено розрахунки АЧХ, як для системи з розладом, який був заданий інтегрально у вигляді зосередженого параметру жорсткості у 1 секторі. Таким чином, стохастичний базис визначається матрицею динамічної податливості, вектором амплітуд коливань ЦС системи та матрицями індексів розладу, а отже може бути розрахований за моделлю одного сектору.В дисертаційній роботі розроблено сучасний підхід до розвязку задачі усталених вимушених коливань механічних систем із випадковим розладом, що базується на тривимірній скінчено-елементній моделі одного сектору. На основі розробленого підходу проведено дослідження впливу випадкових технологічних відхилень у міжбандажних зєднаннях лопаткового апарату третього ступеня циліндру низького тиску парової турбіни. Проведений аналіз наукових робіт стосовно динаміки лопаткових апаратів з детермінованим та випадковим розладом і методів їх дослідження, показав актуальність роботи, необхідність розробки нових методів та підходів конденсаційного типу для розвязання відповідних задач; Запропоновано новий метод розвязання задачі вимушених гармонічних коливань ЦС систем з випадковим розладом, що на відміну від традиційних підходів базується на моделі одного сектору цієї системи. Розроблено програмне забезпечення, яке розширює можливості сучасних систем інженерного аналізу та дозволяє визначити ймовірнісні показники вібраційних характеристик ЦС конструкцій та систем з детермінованим і випадковим розладом використовуючи моделі, що розроблені з застосуванням можливостей сучасних програмних комплексів СЕ аналізу.

Основний зміст роботи

В дисертаційній роботі розроблено сучасний підхід до розвязку задачі усталених вимушених коливань механічних систем із випадковим розладом, що базується на тривимірній скінчено-елементній моделі одного сектору. На основі розробленого підходу проведено дослідження впливу випадкових технологічних відхилень у міжбандажних зєднаннях лопаткового апарату третього ступеня циліндру низького тиску парової турбіни.

Найбільш важливими результатами роботи є: 1. Проведений аналіз наукових робіт стосовно динаміки лопаткових апаратів з детермінованим та випадковим розладом і методів їх дослідження, показав актуальність роботи, необхідність розробки нових методів та підходів конденсаційного типу для розвязання відповідних задач;

2. Запропоновано новий метод розвязання задачі вимушених гармонічних коливань ЦС систем з випадковим розладом, що на відміну від традиційних підходів базується на моделі одного сектору цієї системи. Це дозволило суттєво конденсувати розмірність задачі, а отже робить можливим проведення відповідних досліджень для СЕ моделей великої розмірності, які враховують основні особливості конструкції. Використання цього методу скорочує час розрахунків (для тестового прикладу з однакової точністю в 3-4 рази);

3. Розроблено програмне забезпечення, яке розширює можливості сучасних систем інженерного аналізу та дозволяє визначити ймовірнісні показники вібраційних характеристик ЦС конструкцій та систем з детермінованим і випадковим розладом використовуючи моделі, що розроблені з застосуванням можливостей сучасних програмних комплексів СЕ аналізу. А також проведено аналіз достовірності запропонованого методу серією тестових розрахунків для моделі розмірність якої дозволяє провести прямий статистичний аналіз. Отримані результати показали, що для систем, дисперсія розладу яких не перевищує 15%, максимальна похибка складає менше 2%.

4. Розроблено методологію побудови параметричної СЕ моделі лопаток парових турбін. Створена методологія дозволяє отримувати СЕ моделі різних модифікацій зазначеного лопаткового апарату 0,5-3 хвилини (середній час безпосередньої побудови геометричної моделі та нанесення на неї СЕ сітки складає понад годину). Достовірність отриманих математичних моделей підтверджено збіжністю із експериментальними результатами для власних коливань отриманими в СКБ ВАТ "Турбоатом". Похибка по визначенню власних частот менша 6%.

5. Виконано дослідження впливу на вібраційні характеристики лопаткового апарату третього ступеня циліндру низького тиску випадкового розладу, що викликаний технологічними відхиленнями у параметрах бандажного звязку. На основі цих досліджень сформульовано рекомендації стосовно допусків на міжбандажні зазори у діапазоні значень [0..0,05] мм. Так у випадку допуску технологічних відхилень із можливістю наявності конструктивних зазорів до 0,5мм відбувається збільшення амплітуд шостої гармоніки вимушених коливань на 40%, що значно зменшує ресурс роботи робочого колеса.

6. Результати дисертаційного дослідження, шляхом передачі теоретичних наробіток і даних числових досліджень, було впроваджено у практику проектування нових та модернізацію існуючих конструкцій робочих коліс парових турбін у СКБ ВАТ "Турбоатом" (м. Харків), що підтверджено відповідним актом.

1. Ларин А.А. Исследование влияния бандажного соединения на статические и динамические характеристики лопаточного аппарата на основе трехмерных моделей / Жовдак В.А., Кабанов А.Ф., Ларин А.А, Степченко А.С. // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". - Харків: НТУ "ХПІ", 2005. №21. С. 9-16

Здобувачем розроблено скінчено-елементні моделі та на їх основі проведено дослідження впливу технологічних особливостей штіфтованого бандажного звязку на статичний напружено-деформований стан та спектр власних частот лопаткового апарату.

2. Ларин А.А. Собственные колебания циклически-симметричных систем с расстройкой / Ларин А.А. // Системи обробки інформації. - Харків: Харківський університет повітряних сил, 2005. № 7(47). С. 91-95

3. Ларин А.А. Исследование влияния технологических отклонений в бандажном соединении на спектр собственных частот лопаточного аппарата / Жовдак В.А., Демуз Я.Д., Кабанов А.Ф., Ларин А.А, Степченко А.С. // Надійність і довговічність машин і споруд. - Київ: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України, 2006. Вип. 26. - С. 59-67

Здобувачем розроблена методика вивчення впливу попередньої статичної контактної взаємодії у розємних зєднаннях штіфтованої бандажної полиці лопаткових вінців та проведено відповідні розрахункові дослідження для лопаток третього ступеня.

4. Ларін О.О. Вимушені коливання цикло - симетричного лопаткового апарату з випадковим технологічним розладом / Головко О.М, Жовдак В.О., Ларін О.О. // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут".- Харків: НТУ "ХПІ", 2007.- №38.- С. 58-68

Здобувач розробив алгоритм та програмне забезпечення для розвязку задачі вимушених коливань систем з випадковими параметрами методом Монте-Карлота провів на їх основі числові дослідження впливу розладу жорсткості бандажування лопаток на їх амплітудно-частотні характеристики.

5. Ларин А.А. Исследование динамического контактного взаимодействия в межбандажных соединениях пакетов лопаток паровых турбин с расстройкой / Жовдак В.А., Демуз Я.Д., Кабанов А.Ф., Ларин А.А, Степченко А.С., Солянникова Ю.В.// Проблеми обчислюваної механіки і міцності конструкцій: Збірник наукових праць- Дніпрпетровськ: ДНУ, 2007. Вип. 11. С. 53-63

Здобувач проведено дослідження впливу технологічних відхилень у бандажуванні лопаткових апаратів робочих коліс, що не спотворюють їх циклічної симетрії, та виявив закономірності впливу між бандажних конструктивних зазорів на спектр власних частот коливань.

6. Ларин А.А. Статистическая динамика рабочих колес турбомашин с технологической расстройкой / Жовдак В.А., Ларин А.А., Кабанов А.Ф. // Проблемы прочности. - Киев: Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, 2008. №5(395). С. 105-113

Здобувачем розроблено метод та відповідне програмне забезпечення для розвязку задачі випадкових вимушених коливань лопаткових вінців з детермінованим розладом по жорсткості бандажного звязку.

7. Ларін О. Розвязок задачі вимушених випадкових коливань лопаткового апарату з розладом на основі моделі одного сектору / Ларін Олексій, Жовдак Валерій // Машинознавство. - Львів: КІНПАТРІ ЛТД, 2008. -№10(136). - С. 12-16

Здобувачем розроблено метод дослідження імовірнісних показників амплітудно-частотних характеристик циклічно симетричних систем з випадковим розладом по моделі одного сектору.

8. Ларін О.О. Дослідження вимушених коливань тривимірних цикло-симетричних конструкцій з випадковим розладом методом Монте-Карло / Ларін О.О. // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут".- Харків: НТУ"ХПІ", 2008. №47. С. 190-197

9. Larin O.O. Nonlinear vibrations of steam turbines blade packages subject to the dynamic contact in bandage connection/ Zhovdak V. O., Demuz Ya D., Kabanov A. F., Stepchenko O. S.// Труды 2-й Международной конференции "Нелинейная динамика". - Харьков: НТУ"ХПИ", 2007.- С. 311-316

Здобувачем проведено числові дослідження гармонічних вимушених коливань лопаткового апарату робочого колеса парової ступені з урахуванням структурної не лінійності у розємному зєднанні.

10. Ларин А.А. Исследование влияния технологических отклонений в бандажном соединении на спектр собственных частот лопаточного аппарата / Жовдак В.А., Демуз Я.Д., Кабанов А.Ф., Ларин А.А, Степченко А.С. // Тези допов. міжнародної науково-технічної конференції: "Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій". - Київ: Інститут проблем міцності ім.. Г.С. Писаренка НАН України, 2005. Т.1. - С. 115-117

Здобувачем розроблено методологію побудови параметричних скінчено-елементних моделей лопаткового апарату парової турбіни, що дозволяють враховувати попередню статичну контактну взаємодію у бандажних зєднаннях та моделювати у них технологічні відхилення різного ступеня.

11. Ларин А.А. Статистическая динамика рабочих колес турбомашин с технологической расстройкой / Жовдак В.А., Ларин А.А., Кабанов А.Ф. // Тези допов. 3-ї Міжнародної науково-технічної конференції: "Проблеми динаміки і міцності в газотурбобудуванні". - Київ: Ін-т проблем міцності ім.. Г.С. Писаренка НАН України, 2007. - С. 69-71

Здобувачем розроблено алгоритми та відповідне програмне забезпечення для розвязку задачі усталених гармонічних вимушених коливань лопаткових апаратів з конструктивною циклічною симетрією.

12. Ларин А.А. Исследование динамического контактного взаимодействия в межбандажных соединениях пакетов лопаток паровых турбин с расстройкой / Жовдак В.А., Демуз Я.Д., Кабанов А.Ф., Ларин А.А, Степченко А.С., Солянникова Ю.В. // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції памяті академіка НАН України В.І. Моссаковського "Актуальні проблеми механіки суцільного середовища і міцності конструкцій". - Дніпропетровськ: ДНУ, 2007. - С. 253-254

Здобувач провів числові дослідження впливу технологічних відхилень у бандажному звязку пакету лопаток, що призводять до розладу цієї системи, на власні та усталені вимушені коливання.

13. Ларін О. Розвязок задачі вимушених випадкових коливань лопаткового апарату з розладом на основі моделі одного сектору / Ларін Олексій, Жовдак Валерій // Праці конференції "Теорія та практика раціонального проектування, виготовлення і експлуатації машинобудівних конструкцій". - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2008.- С. 103-105

Здобувачем розроблено алгоритми для визначення імовірнісних показників амплітудно-частотних характеристик лопаткового апарату з випадковим розладом методом прямого статистичного моделювання та статистичної лінеаризації.

Размещено на .ru