Расчет напряженно-деформированного состояния шнека конденсатного электронасосного агрегата КЭНА 1250-250 - Контрольная работа

Расчет напряженно-деформированного состояния шнека конденсатного электронасосного агрегата КЭНА 1250-250Конденсатный электроагрегатный агрегат КЭНА 1250-250 второй ступени предназначен для перекачивания отработанного конденсата в третьем контуре энергоблока с реакторной установкой БН-800 Белоярской АЭС.Во время работы насоса на лопасти шнека действуют центробежная сила инерции и подъемная сила, возникающая от перепада давления обусловленного наличием циркуляции вектора скорости вокруг профиля лопасти. Под действием этих сил в теле лопастей возникают напряжения и деформации, величины которых должны определять физическую модель расчета шнека на прочность. Первый подход предполагает решение задачи прочности на основе результатов расчета течения в проточной части. То есть результаты расчета гидродинамики (в нашем случае распределение давления по лопастям и втулке шнека) также как и в методе 1 являются одним из граничных условий для расчета на прочность, однако после выполнения расчета на прочность происходит изменение геометрии проточной части в соответствии с полученными деформациями.В соответствии с техническим заданием на разработку основные показатели назначения для номинального режима работы КЭНА 1250 - 250 представлены в таблице 1. 5 Максимальное давление на входе в насос, МПА (кгс/см2), не более 0,24 (2,4) 8 Мощность насоса (при работе на воде с r=1000 кг/м3), потребляемая, КВТ, не более 1081 Основные геометрические характеристики ЛС шнека представлены в таблице 2. Угол лопасти на входе град.Для расчета шнека были созданы 2 геометрические модели (рис. Геометрические модели для расчетов а) - геометрическая модель для расчета течения б) - геометрическая модель для расчета на прочностьПостроение конечно-элементной сетки для расчета течения осуществлялось в хорошо зарекомендовавшим себя сеточном генераторе ICEM CFD, обладающим большими функциональными возможностями и удобным пользовательским интерфейсом. Расчетная сетка для расчета обтекания состояла из ~1445 тыс. элементов. Из них ~1000 тыс. - тетраэдры и ~445 тыс. призматические элементы созданные для достижения равномерной точности расчета в местах быстрого изменения параметров течения, в частности, у стенок: поверхности лопасти, втулки и наружной стенки проточной части.Так, как одним из граничных условий для расчета шнека на прочность является распределение давления по его лопастям и втулке, то перед выполнением расчета на прочность осуществляется гидравлический расчет. Расчет течения в проточной части шнека выполнен в Ansys CFX 12 и ни чем не отличается от стандартного расчета течения в любом элементе проточной части насоса. На входе задавалось полное давление, на выходе - массовый расход, соответствующий номинальному режиму работы.Расчетное значение напора шнека по результатам расчета пространственного течения вязкой жидкости составило 9,2 м, гидравлический КПД ?Ш=89%. 5 представлены расчетные значения напряжений в теле шнека, а на рис. 5 видно, что максимальные напряжения не превышают 14,6 МПА (146 кгс/см2) при пределе текучести материала шнека ?т=445 МПА. На основе полученных результатов можно сделать вывод об отсутствии необходимости выполнять расчет шнека в постановке (FSI), т.к. деформации не превышают погрешности изготовления шнека, однако, с целью освоения новой методики расчета (FSI) (которую можно применять для расчетов собственных частот колебаний турбинных лопаток при взаимодействии с потоком газа или пара или при расчете флаттера и т.д.), расчетный цикл все же был проведен.Отличия расчета с интерфейсом FSI от простого расчета на прочность в среде Workbench v12.1 заключаются в отсутствии возможности использовании циклической симметрии и как следствие в необходимости использования полных геометрических моделей (рис.7). А с учетом того, что гидравлический расчет и расчет на прочность выполняются последовательно n раз (n - колво итераций), время расчета возрастало на порядок. С целью уменьшения времени расчета размерность сетки модели течения была уменьшена. Вторым отличием является задание граничного условия "FSI" на поверхностях взаимодействия жидкости со шнеком (в обычном расчете на данные поверхности импортировались распределения давлений) (см. рис. 9 представлены напряжения в теле шнека, полученные на основе решения задачи в "FSI" постановке.1) Был выполнен расчет шнека на прочность с заданием нагрузок от центробежной силы инерции и от подъемной силы, действующей на лопасти шнека, для номинального режима работы.

Содержание

Введение

1. Определение физической модели

2. Основные исходные данные для расчета

3. Расчет с односторонним интерфейсом

3.1 Подготовка геометрической модели

3.2 Создание расчетных сеток

3.3 Задание граничных условий и выполнение расчета

3.4 Анализ результатов расчета

4. Расчет с двусторонним интерфейсом

Выводы