DOI: https://doi.org/10.30977/AT.2219-8342.2020.46.0.63

Моделювання коливань корпуса турбіни для аналізу перехідного процесу

Sergey Krasnikov

Анотація


Вирішено практичну задачу з аналізу рівнів вібрації щодо листів корпусів циліндрів низького тиску для парових турбін у енергоблоках потужністю близько 500 МВт. Для роботи з’ясовано, що за основну причину виникнення ідвищеної вібрації у паровому устаткуванні типу турбіни є сили з небалансів роторів, а також наявність недостатньої жорсткості серед елементів системи. Розглядається випадок з реальної практики з експлуатації енергетичного устаткування, де робота з центрування роторного обладнання не дала суттєвих змін з поліпшення значень параметрів роботи. В якості цілей наданої роботи були поставлені задачі з моделювання частин та всієї системи турбіна–фундамент–основа для турбіни К-500-65/3000 ХТГЗ, її рівнів вимушених коливань, а також виконання дослідження з причин підвищення вібрації у корпусах циліндрів низького тиску для аналізу перехідного процесу. Для дослідження використано методи скінченних елементів та коливань, а також розроблені автором заходи та методи з побудови моделей та дослідження коливань у системі турбоагрегат-фундамент-основа. В результаті проведених досліджень отримано: скінченно-елементну тривимірну модель для системи турбоагрегат–фундамент–основа, залежності амплітуд від частот для системи точок у корпусах циліндрів низького тиску. Наведені дослідження дозволили дійти висновків щодо причини можливого підвищення рівня вібраційного стану у верхніх частинах корпусів паротурбіни. Типи тривимірних моделей частин та всієї системи турбоагрегат–фундамент–основа, що розроблені автором, є унікальними. Завдяки особливому підходу до розроблення моделей стає реальною можливість проведення дослідження вібраційних характеристик на іншому структурному рівні, що дозволяє проводити аналіз рівнів вібраційного стану всіх елементів зазначеної системи. Для окремих різновидів дослідження потрібні деякі зміни щодо конкретизації частини системи, що потребує подальшого аналізу. Це дозволяє виконувати розрахунки з використанням методу скінченних елементів при моделюванні системи турбоагрегат–фундамент–основа зі значною конкретизацією реальних обумовлених режимів з експлуатуваня. Сторонніми групами фахівців з дослідження систем обумовленого типу з використанням розповсюджених серед них методик не було вирішено поставлену проблему та з’ясовано конкретних умов для виникнення причин підвишення рівня коливань серед частин корпусів паротурбінного агрегата. Практичне застосування результатів дослідження має суттєве значення в якості ілюстрації засобів уникнення аварійних станів та походової розробки щодо моделей спеціалізованого призначення під час дослідження характеристик коливань системи турбоагрегат-фундамент–основа, а також типового розв’язку класичних задач з аналізу можливостей виникнення аварійних станів у системах, що експлуатуються, та при їх проектуванні. Результати проведених робіт пропонуються для використання щодо комплексу дій з підвищення жорсткості частин корпусів та загального устаткування паротурбінних установок та запобігання виникненню аварійних станів, що можуть призвести до остаточного виходу устаткування з експлуатації без можливості відновлення робочого режиму всієї системи


Ключові слова


циліндр низького тиску; вібрація; коливання; парова турбіна; фундамент; метод скінченних елементів

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Kosyak Yu. F. and other (1978). Paroturbinnye ustanovki atomnykh elektrostantsii, red. Yu. F. Kosyak [Steam turbine installations of atomic power plants], Moscow, Energiya. 312 [in Russian].

Troyanovskii B. M. (1978). Turbiny dlya atomnykh elektrostantsii [Turbines for nuclear power plants], Moscow, Energiya. 182 [in Russian].

Levchenko E.V., Shvetsov V.L., Kozheshkurt I.I., Lobko A.N. (2010). Opyt OAO « TurboAtom» v razrabotke i modernizatsii turbin dlya AES [Experience of OJSC “TurboAtom” in the development and modernization of turbines for nuclear power plants.], Energeticheskie i teplotekhnicheskie protsessy i oborudovanie. SantPeterburg. 3, 5-11 [in Russian].

Subbotin V.G., Levchenko E.V., Shvetsov V.L. (2009). Parovye turbiny OAO "Turboatom" dlya teplovykh elektrostantsii [Turboatom steam turbines for thermal power plants]. Vestnik Nats.tekhn. un-ta "KhPI". Khar'kov, 3, 6-17 [in Russian].

Eremenko S.Yu. (1991). Metody konechnykh elementov v mekhanike deformiruemykh tel [Finite-element methods in mechanics of deformable bodies.], Khar'kov: Osnova. 271 [in Russian]. 6. Gallager R. (1984) Metod konechnykh elementov. Osnovy [The finite element method. Basedata], Moscow, Mir. 428 [in Russian].

(2009). HITACHI. Turbine and Generator Foundation Design and construction & recommendation. Tokyo: Japan, 104.

Nazarenko S.A., Tkachuk N.A (2017). Obzor nekotorykh klyuchevykh napravlenii issledovanii uchenykh NTU « KhPI» v oblasti dinamiki konstruktsii. [Review of the main directions of research of scientists of NTU "KhPI" in the field of dynamics of constructions]. Vіsnik NTU «KhPІ», Kharkіv, 39, 49-56 [in Russian].

Larіn Andrіi, Chumachenko Ol'ga (2016) Spіvpratsya zaporіz'kikh avіadvigunobudіvnikh pіdpriєmstv z provіdnimi vchenimi Ukraїni v galuzі dinamіch-noї mіtsnostі v 1950-1970-kh rr. [Cooperation Zaporizhzhya aviation enginebuilding companies with the leading scientists of Ukraine in the field of dynamic strength in the 1950-1970.] Doslі-dzhennya z іstorії tekhnіki, Kharkіv, 23, 72-78 [in Ukrainian].

Zhovdak V.O., Krasnikov S.V., Stepchenko O.S. (2004). Reshenie zadachi statisticheskoi dinamiki ma-shinostroitel'nykh konstruktsii s uchetom sluchainogo izmeneniya parametrov [The solution of the problem of the statistical dynamics of the machine-building constructions taking into account a random change in parameters. Kharkiv: Engineering problems]. Problemy mashinostroeniya, Kharkіv. 3, 39 – 47 [in Russian].

Zhiqiang Hu, Wei Wang, Puning Jiang, Qinghua Huang, Jianhua Wang, Sihua Xu, Jin He and Lei Xiao (2014). A Seismic Analysis on Steam Turbine Con-sidering Turbine and Foundation Interaction. ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, Düsseldorf. V01BT27A041, 1-8.

Alan Turnbull (2014). Corrosion pitting and environmentally assisted small crack growth. Proceedings. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences, London: The Royal Society. 20140254, 1-19.

Chowdhury Indrajit, Dasguptu P. Shambhu (2009). Dynamics of Structure and foundation a unified approach. Leiden: CRC Press, 616.

Runov B.T. (1982) Issledovanie i ustranenie vibratsii parovykh turboagregatov [Research and elimination of the vibration of the steam turbine units], Moscow, Energoizdat. 352 [in Russian].

Gallager R. (1984) Metod konechnykh elementov. Osnovy [The finite element method. Basedata], Moscow, Mir. 428 [in Russian].

Xu X.P., Han Q.K., Chu F.L. (2016) Nonlinear vibration of a generator rotor with unbalanced magnetic pull considering both dynamic and static eccentricities. Archive of Applied Mechanics. 86, 1521-1536.

Jalali M. H., Ghayour M., Ziaei Rad S., Shahriari B. (2014) Dynamic analysis of a high speed rotorbearing system. Measurement: Journal of the International Measurement Confederation. 53, 1-9.

Zhang Yang, Yanlong Jiang, Guoyuan Zhang (2017) Bending fault evaluation for the HP-IP rotor system of the nuclear steam turbine based on the dynamic model. Journal of Vibroengineering. 19, 3364-3379.

Minli Yu,, Ningsheng Feng, Eric J. Hahn (2016) Corrigendum to“ An equation decoupling approach to identify the equivalent foundation in rotatin g machi nery using modal parameters” J. Sound Vib. 365, 182 – 198.

Minli Yu, Jike Liu, Ningsheng Feng, Eric J. Hahn (2017) Experimental evaluation of a quasi-modal parameter based rotor foundation identification technique . J. Sound Vib. 411, 165 – 192.

Krasnіkov S.V. (2017). Modelirovanie i analiz vib-ratsionnykh kharakteristik korpusa parovoi tur-biny bol'shoi moshchnosti [Modeling and analysis of the vibration characteristics of a highpower steam turbine hull]. Vіsnik NTU «KhPІ», Kharkіv, 39, 23-26 [in Russian].


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Косяк Ю. Ф. и др. Паротурбинные установки атомных электростанций, ред. Ю. Ф. Косяк. М.: Энергия. 1978. 312 c.

2. Трояновский Б. М. Турбины для атомных электростанций. М.: Энергия. 1978. 182 c.

3. Левченко Е.В., Швецов В.Л., Кожешкурт И.И., Лобко А.Н. Опыт ОАО « ТурбоАтом» в разработке и модернизации турбин для АЭС. СПб,: Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. 2010. № 3. С.5-11.

4. Субботин В.Г., Левченко Е.В., Швецов В.Л. Паровые турбины ОАО "Турбоатом" для тепловых электростанций. Харьков: Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ". 2009. № 3. С. 6-17.

5. Еременко С.Ю. Методы конечных элементов в механике деформируемых тел. Харьков: Основа. 1991. 271 с.

6. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир. 1984. 428 с.

7. HITACHI. Turbine and Generator Foundation Design and construction & recommendation. Tokyo: Japan. 2009. 104 p.

8. Назаренко С.А., Ткачук Н.А. Обзор некоторых ключевых направлений исследований ученых НТУ « ХПИ» в области динамики конструкций. Харків: Вісник НТУ «ХПІ». 2017. № 39. С.49-56.

9. Ларін А., Чумаченко О. Співпраця запорізьких авіадвигунобудівних підприємств з провідними вченими України в галузі динамічної міцності в 1950-1970-х рр. Харків: Дослідження з історії техніки. 2016. № 23. С.72-78.

10. Жовдак В.О., Красников С.В., Степченко О.С. Решение задачи статистической динамики машиностроительных конструкций с учетом случайного изменения параметров. Харків: Проблемы машиностроения. 2004. Т.7, № 3. С. 39 – 47.

11. Zhiqiang Hu, Wei Wang, Puning Jiang, Qinghua Huang, Jianhua Wang, Sihua Xu, Jin He and Lei Xiao. A Seismic Analysis on Steam Turbine Considering Turbine and Foundation Interaction. Düsseldorf: ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition. 2014. no. V01BT27A041. P. 1-8.

12. Alan Turnbull. Corrosion pitting and environmentally assisted small crack growth. Proceedings. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. London:The Royal Society. 2014. no. 20140254. P. 1-19.

13. Chowdhury Indrajit, Dasguptu P. Shambhu Dynamics of Structure and foundation a unified approach. Leiden: CRC Press. 2009. 616 p.

14. Рунов Б.Т. Исследование и устранение вибрации паровых турбоагрегатов. М.: Энергоиздат. 1982. 352 с.

15. Yu M., Feng N., Hahn E. J. An equation decoupling approach to identify the equivalent foundation in rotating machinery using modal parameters. Journal of Sound and Vibration. 2016. Vol. 365. P. 182-198.

16. Xu X.P., Han Q.K., Chu F.L. Nonlinear vibration of a generator rotor with unbalanced magnetic pull considering both dynamic and static eccentricities. Archive of Applied Mechanics. 2016. Vol. 86. P. 1521-1536.

17. Jalali M. H., Ghayour M., Ziaei Rad S., Shahriari B. Dynamic analysis of a high speed rotorbearing system. Measurement: Journal of the International Measurement Confederation. 2014. Vol. 53. P. 1-9.

18. Zhang Yang , Yanlong Jiang , Guoyuan Zhang Bending fault evaluation for the HP-IP rotor system of the nuclear steam turbine based on the dynamic model. Journal of Vibroengineering. 2017. Vol. 19. P. 3364-3379.

19. Minli Yu,, Ningsheng Feng, Eric J. Hahn Corrigendum to“ An equation decoupling approach to identify the equivalent foundation in rotatin g machinery using modal parameters” J. Sound Vib. 2016. Vol. 365. P.182 – 198.

20. Minli Yu, Jike Liu, Ningsheng Feng, Eric J. Hahn Experimental evaluation of a quasi-modal parameter based rotor foundation identification technique . J. Sound Vib. 2017. Vol. 411. P. 165 – 192.

21. Красніков С.В. Моделирование и анализ вибрационных характеристик корпуса паровой турбины большой мощности. Харків: Вісник НТУ «ХПІ». 2017. № 39. С.23-26.