Коливання та надійність систем турбоагрегат-фундамент-основа з урахуванням випадковості параметрів - Автореферат

Тривала експлуатація систем турбоагрегат-фундамент-основа (ТФО) привела до формування цілого комплексу факторів,що безпосередньо впливають на надійність цих конструкцій. Приведені обставини вказують на актуальність вирішення проблеми, повязаної з прогнозом вібраційного стану і надійності турбоагрегатів з урахуванням випадкової зміни характеру взаємодії фундаменту з основою і фізико-механічних характеристик матеріалу фундаменту при тривалій його експлуатації. Дисертаційна робота виконана відповідно до розділів науково-дослідних робіт за 1997-1999 рр. “Розробка методів теоретичного та експериментального дослідження динаміки, міцності, надійності складних, в тому числі адаптивних механічних систем, які знаходяться в умовах інтенсивного навантаження, що взаємодіють з різними полями та середовищами з урахуванням термо-, магніто-, електро-пружності деформованих тіл”(№ Д.Р.0197U001903) та 2000-2002 рр. “Розробка теоретичних та експериментальних методів дослідження коливань та надійності складних роторних систем з метою збільшення їх ресурсу та зниження енергетичних витрат на виготовлення та експлуатацію” (№ Д.Р. розробити адекватні математичні моделі системи ТФО, що дозволяють враховувати динамічний взаємозвязок окремих конструктивних елементів цієї системи, а також вплив на динамічне поводження конструкції просідань і модулю пружності матеріалу фундаменту, які ураховуються як квазістатичні нестаціонарні випадкові функції часу; провести чисельні дослідження на основі розроблених підходів, програмного забеспечення і сучасних програмних комплексів вібраційних характеристик і показників надійності системи ТФО, а також аналіз чутливості цих характеристик до випадкових факторів, що досліджувалися;Перший розділ містить опис систем ТФО, умови їхньої експлуатації, підходи до розвязання задач вимушених та вільних коливань цих систем, сформульовані основні задачі дослідження. Зроблено висновок, що математичне дослідження коливань та надійності системи ТФО з урахуванням випадковості просідань фундаменту та інших параметрів на базі просторових моделей корпусних конструкцій і фундаменту ще не здійснювалося, має практичне значення, є актуальною задачею і потребує розвитку як у напрямку урахування випадковості параметрів системи, так і у напрямку просторового моделювання усієї системи. Використовуючи метод кінцевих елементів (МКЕ), основне рівняння вимушених коливань системи ТФО з випадковою структурою та параметрами можна записати у вигляді: ,(1) де - матриці масс, демпфірування, жорсткості, коефіцієнти яких є квазістаціонарні детерміновані функції часу; - матриці масс, демпфірування, жорсткості, коефіцієнти яких є квазістаціонарні випадкові функції часу; {q(t)} - вектор випадкових узагальнених переміщень системи; {R(t)} - вектор випадкових зовнішніх навантажень. Для досягнення основної мети дослідження необхідно розвязати задачі статистичної динаміки і вібраційної надійності системи ТФО, яка описується матричним диференційним рівнянням (1), у якому випадкові вектори {S(t)} і {X(t)} задають відповідно структуру та зміну коефіцієнтів матриць. для цього спочатку необхідно розвязати задачі власних та вимушених детермінованих коливань системи ТФО при заданих реалізаціях векторів {St)}, {X(t)} і {R(t)}. При коливаннях турбіни її контакт із фундаментом може змінюватися.Для урахування цього проводиться порівняння амплітуд вимушених коливань кожної контактної площини турбіни з відповідними зазорами між турбіною та фундаментом, на основі якого формуються вектори для задання жорсткостей в місцях вибору зазору: {С}Л - лінеаризовані жорсткості, пропорційні величині вибору зазору, та {С}М - однакові жорсткості, які мають такі ж значення як і коефіцієнти вектору {С}1.В результаті виконання дисертаційної роботи розроблено методичне і програмне забезпечення для аналізу впливу випадкових просідань колон фундаменту та випадкової зміни модулю пружності його матеріалу під час експлуатації на вібраційні характеристики і показники надійності системи ТФО при вібраційних відмовах. Стосовно модулю пружності залізобетону було зясовано, що для ненавантаженого залізобетону він з часом зростає, а вплив вібраційного навантаження призводить до його розбіжності на 30-40%. Одночасний вплив просідань фундаментів та модулю пружності його матеріалу на вібраційні характеристики і надійність систем ТФО теоретично не було вивчено, однак є актуальною і важливою задачею. Дістали подальший розвиток підходи вирішення задач коливань і надійності для систем ТФО внаслідок урахування випадкових факторів, обумовлених просіданнями фундаменту і зміною його пружних властивостей у процесі тривалої експлуатації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. В результаті виконання дисертаційної роботи розроблено методичне і програмне забезпечення для аналізу впливу випадкових просідань колон фундаменту та випадкової зміни модулю пружності його матеріалу під час експлуатації на вібраційні характеристики і показники надійності системи ТФО при вібраційних відмовах.

2. Проведено огляд експериментальних даних по просіданням фундаментів та модулю пружності залізобетону фундаменту. Цей огляд показав наявність різних випадкових нерівномірних просідань, які в окремих випадках приводили до аварійного останову турбоагрегату. Стосовно модулю пружності залізобетону було зясовано, що для ненавантаженого залізобетону він з часом зростає, а вплив вібраційного навантаження призводить до його розбіжності на 30-40%. Одночасний вплив просідань фундаментів та модулю пружності його матеріалу на вібраційні характеристики і надійність систем ТФО теоретично не було вивчено, однак є актуальною і важливою задачею.

3. Дістали подальший розвиток підходи вирішення задач коливань і надійності для систем ТФО внаслідок урахування випадкових факторів, обумовлених просіданнями фундаменту і зміною його пружних властивостей у процесі тривалої експлуатації.

4. Удосконалено математичні моделі та дістали подальший розвиток розрахункові схеми, що адекватно описують конструктивні, технічні, експлуатаційні особливості єдиної динамічної системи ТФО.

5. Дістало подальший розвиток прогнозування статичного і динамічного поводження системи ТФО з урахуванням випадкової зміни параметрів фундаменту і контактної взаємодії між турбоагрегатом і фундаментом.

6. Вперше виконано чисельні дослідження вільних, вимушених коливань та вібраційної надійності системи ТФО з урахуванням впливу випадкових просідань фундаменту за допомогою розробленого методичного, програмного забезпечення та широко відомих програмних пакетів.

7. Створені в роботі підходи, алгоритми і програмне забезпечення дозволили виконати ряд розрахунків з метою визначення вібраційних характеристик і показників надійності турбоустановок Зміївської і Придніпровської ТЕС. Проведено ряд чисельних експериментів з внесення найбільш ефективних конструктивних рішень з резонансної відбудови системи ТФО, які впроваджено в практику проектування ВАТ “Турбоатом”. Це підтверджено актом про впровадження науково-дослідної роботи. Результати роботи використовуються в НТУ“ХПІ” у навчальному процесі для студентів, при виконанні курсових, дипломних і науково-дослідних робіт.

8. Результати роботи можуть використовуватися в проектних організаціях, на заводах і електростанціях для прогнозування вібраційного стану і надійності енергоблоків за результатами моніторингу розглянутих випадкових параметрів.

Жовдак В.А., Красников С.В., Степченко А.С. Исследование динамического взаимодействия турбоагрегата К-325-23.5 с фундаментом // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков:ХГПУ.- 1999.-№53.-С.64-69.

Здобувачу належить розробка математичних моделей, проведення чисельних досліджень, аналіз характеристик коливань корпусу турбіни з урахуванням пружності фундаменту, визначення необхідного рівню дискретизації моделей та мінімального значення коефіцієнту загасання.

Красников С. В. Исследование влияния опирания на динамические характеристики системы турбоагрегат-фундамент // Динамика и прочность машин.- Харьков:ХГПУ.- 1999.- №57.- С.102-106.

Жовдак В.А., Красников С.В., Степченко А.С. Исследование влияния конструктивных параметров на динамические характеристики системы турбоагрегат-фундамент // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков:ХГПУ.- 2000.-№ 100.-С.66-69.

Здобувачем розроблені математичні моделі, проведенні чисельні дослідження, аналіз їх результатів, визначення величин, на які можливо зменшити товщини різних стінок корпусу турбіни без істотної зміни спектру власних частот.

Жовдак В.А., Красников С.В., Степченко А.С. Использование CAD-систем для моделирования динамики турбоагрегатов//Вестник Харьковского государственного политехнического университета. -Харьков:ХГПУ.- 2000. - №116.- С. 57-60.

Внесок здобувача полягає в розробці математичних моделей, проведенні чисельних досліджень, аналізі форм власних коливань моделей корпусів турбін.

Жовдак В.А., Кабанов А.Ф., Красников С. В., Степченко А.С. Исследование динамики статорных частей турбин К-300-240 и К-325-23,5 ХГТЗ // Проблемы машиностроения.- Харків:“Контраст“.- 2001.- Т.4,№3-4.-С.4-12.

Здобувачем розроблено математичні моделі, проведено чисельні дослідження, оброблено результати експериментальних та чисельних досліджень, зроблено пояснення збігу та різниці цих результатів.

Жовдак В.А., Кранцфельд Я.Л., Красников С. В., Степченко А.С. Влияние просідань колонн фундамента на его вибрационные характеристики // Вісник Національного техничного університету “Харківський політехничний інститут”. - Харків:НТУ “ХПІ“.- 2002.- Т.8, №9. -С.69-74.

Здобувачем розроблено математичні моделі та проведено: обробка експериментальних даних з просідань фундаментів,розробка засобу урахування просідань фундаментів, проведення і аналіз чисельних досліджень впливу просідань фундаментів на їх характеристики власних та вимушених коливань.

Жовдак В.А., Кабанов А.Ф., Красников С.В., Степченко А.С. Построение эффективных моделей турбоагрегатов для анализа динамических характеристик и надежности конструкции // Вісник інженерної академії України. Спеціальний випуск.- Київ: Інженерна академія України.- 2000. - С. 419-422.

Здобувачем проведені розробка математичних моделей, чисельні дослідження та обробка результатів.

Жовдак В.А., Красников С. В., Степченко А.С. Анализ динамических характеристик системы турбоагрегат-фундамент на основе 3-х мерных математических моделей // Вісник інженерної академії України.- Київ: Інженерна академія України.-2001.-№3.-С. 75-78.

Здобувачу належить розробка математичних моделей, проведення досліджень з визначення необхідної моделі корпусу турбіни “сотового” типу.

Жовдак В.А., Красников С.В., Степченко А.С. Прогнозирование надежности энергетических турбоагрегатов с учетом случайных технологических несовершенств // Доповіді МНТК “Надійність машин та прогнозування їх ресурсу”. - Том 1.- Івано-Франківськ:ІФДТУНГ.- 2000. -С.277-283.

Здобувачу належить розробка математичних моделей, проведення чисельних досліджень впливу пружності фундаменту на спектр власних частот корпусу турбоагрегату та його вібраційну надійність.

Жовдак В.А., Красников С. В., Степченко А.С. Исследование динамических характеристик турбоагрегата К-235-23.5 ХТГЗ при варьировании конструкционных параметров // Материалы международной научно-технической конференции “Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования”. - Харьков: Институт проблем машиностроения НАН Украины.- 2000.- С.183

Здобувачем проведені розробка математичних моделей, чисельні дослідження, обробка результатів експериментальних та чисельних досліджень.

Красников С. В. Статический анализ перемещений опор ротора паровой турбины. Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве // Труды 5-й международной научно-технической конференции “Фізичні та комп?ютерні технології у народному господарстві”.- Харьков:ХНПК “ФЭД”.- 2002.- С. 669-672.