презентация курса лекц
TRANSCRIPT
04/13/23 1
Казанский государственный технический университетим. А.Н. Туполева
ПРЕЗЕНТАЦИЯкурса лекций по дисциплине
«Динамика и прочность турбомашин»
Направление 140500 Энергомашиностроение
Специальность 140503 (101400) Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели
Автор: профессор С.С. Евгеньев
Казань – 2008
04/13/23 2
В курсе лекций по дисциплине «Динамика и прочность турбомашин» рассмотрены современные физические представления и компьютерные методы расчета НДС элементов турбомашин в составе турбоустановок. На примере реальных установок рассмотрены силовые факторы, определяющие надежность, экономичность и причины аварийных ситуаций. Представлен общий алгоритм решения задачи прочности конструкций, его применение для элементов турбомашин и рассмотрены модели форм конструкций, действующих нагрузок, применяемых материалов, разрушений и расчетных методов. Впервые представлены компьютерные методы расчетов постоянных и переменных нагрузок и соответствующих НДС, а также динамических характеристик для роторов.
04/13/23 3
Рис. 1.2. Схема электрогенераторной установки с утилизацией энергии выхлопа газовой турбины
КУ – котел утилизатор; Кр – конденсатор; ВН – вакуум – насос; Н – насос подачи конденсата;
Тд – дополнительная турбина электрогенератора ЭГ2
04/13/23 4
Рис. 1.3. Схема электрогенераторной установки с приводом от паровой турбиныЦВД, ЦСД, ЦНД – цилиндры высокого, среднего, низкого давления пара;
ЭГ – электрогенератор; 1 – конденсатный насос; 2 и 3 – выхлопной пар основногоэжектора и эжектора уплотнений; 4 – слив конденсата греющего пара в
конденсатор; 5 – подогреватели низкого давления (ПНД); 6 – пар из уплотнений;7 – сливной насос; 8 – питательный электронасос (ПЭН); 9 – подогреватели высокого давления (ПВД); 10 – пар на
деаэратор:свежий пар; пар отборов;
конденсат; дренаж
04/13/23 5Рис. 2.1
04/13/23 6Рис. 2.3. Паровая турбина К–200–130
04/13/23 7Рис. 2.6. Ротор среднего давления (масса ротора 12800 кг)
04/13/23 8Рис. 2.18. ЦК сверхвысокого давления
04/13/23 9Рис. 2.19. ТДА на магнитных подвесах
04/13/23 10Рис. 2.21
04/13/23 11
Координаты проточной части РК из газодинамического расчета
Чертеж РК Разбивка дисков и лопатки на конечные элементы и создание топологической матрицы
Выбор линейных функций перемещений узлов в элементе (зависимость перемещений от координат)
Запись выражения для полной энергии блока из n элементов
Минимизация полной энергии V (производные от V по перемещениям равны нулю) для данного узла и получение для каждого узла системы разрешающих уравнений. Для N узлов получают систему из 2N уравнений (плоская, или 2-х мерная задача) или 3N уравнений (3-х мерная задача).
Решение системы уравнений и получение перемещений в узлах сетки
Определение относительных деформаций (т. е. производных типа , от перемещений по координатам) и далее напряжений, постоянных в каждом элементе (σ=εЕ)
23
4
5
6
7
8
1
Рис. 8.7. Алгоритм МКЭ для определения НДС РК(генератор КЭ модели–блоки 1,2,3; система ANSYS–блоки 4÷8)
r
ur
z
Wz
04/13/23 12Рис. 9.4. Схема нагрузок, действующих на лопатку
04/13/23 13
Рис. 9.13. К расчету замка типа «ласточкин хвост»а) расчетная схема; б) определение составляющей М1 суммарного изгибающего момента; в) напряжения,
возникающие на боковых гранях; г) направление силы Pj; д) к расчету напряжений в гребнях диска.
Силы: Pj – проекция центробежной силы лопатки на плоскость, перпендикулярную пазу замка (вызывает
растяжение);Pu – окружная составляющая газовой силы (изгиб лопатки); Pa – осевая составляющая газовой силы (изгиб
лопатки).
04/13/23 14
Рис. 10.1. Конструкции дисков ГТДа) диск турбины; б) диск компрессора; в) рабочее колесо радиальной ТМ.
04/13/23 15
Рис. 11.1. Схема для расчета осевых сил, действующих на ротор ГТД
04/13/23 16
Рис. 6.7. Собственные колебания лопатки Рис. 6.8. Собственные колебания лопатки
04/13/23 17
Рис. 16.13. Результаты расчета РК ступени 2 БЛД
по МКЭ fр=1842 Гц для 2 – х узловых диаметров
)068,0b ,45( 22 л
04/13/23 18
АЧХ БДКА2 сечение 2
0,000E+00
5,000E-06
1,000E-05
1,500E-05
2,000E-05
2,500E-05
3,000E-05
3,500E-05
4,000E-05
4,500E-05
5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Частота вращения (об/мин)
Пр
оги
б (
м)
с учетомгироскопическогомомента
без учетагироскопическогомомента
Рис. 17.13. АЧХ ротора БДКА2 на жестких опорах Влияние гироскопических моментов
Сечение 2 – консоль со стороны РК турбины, около подшипника