Определение механических напряжений в элементах крепления сердечников статоров турбогенераторов
Наукові видання Харківського національного університету Повітряних Сил
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Определение механических напряжений в элементах крепления сердечников статоров турбогенераторов
Визначення механічної напруги в елементах кріплення осердь статорів турбогенераторів Determination of mechanical stresses in the fastening elements of the stator cores of turbogenerators |
|
| Creator |
А.В. Строкоус
А.В. Строкоус A. Strokous |
|
| Subject |
Обробка інформації в складних технічних системах
УДК 621.313.322 турбогенератор, стяжная шпилька, частота, электромагнитная сила, механическое напряжение, 3D модель, программный комплекс турбогенератор, стяжна шпилька, частота, електромагнітна сила, механічне напруження, 3D модель, програмний комплекс turbogenerator, coupling pin, frequency, electromagnetic force, mechanical stress, 3D model, software package |
|
| Description |
В работе с использованием 3D-модели и программных комплексов SolidWorks и ANSYS выполнен расчет ЭДС, наведенных потоками рассеяния в зоне крепления сердечника статора турбогенератора к корпусу, рассчитаны электромагнитные силы, действующие на систему крепления сердечника, получена картина распределения механических напряжений в элементах узла крепления, возникающих при действии электромагнитных сил с частотой 50, 100 и 200 Гц. Указано, что необходимость проведения дополнительных исследований электромагнитных сил и механических напряжений в элементах крепления сердечника статора определена особенностями работы национальной энергетической системы («пики» и «провалы» энергопотребления, значительный износ электрооборудования тепловых электростанций и т.д.). Исследования проводились для турбогенераторов мощностью 200–300 МВт, которые являются практически единственными маневренными мощностями в энергосистеме Украины и часто работают на блоках тепловых электростанций в неноминальных режимах. Собранные автором данные о турбогенераторах, которые часто работают в неноминальных режимах, позволили утверждать, что они имеют более низкую надежность, чем турбогенераторы, которые работают только в номинальных режимах. В неноминальных режимах отмечено усиление вибрации, что, в свою очередь, приводит к появлению дополнительных дефектов в наиболее нагруженных элементах машин, в частности, в узлах подвески сердечника: появление на поверхности спинки сердечника отложений продуктов фреттинг-износа, ослабление и подвижность распорных клиньев, появление усталостных трещин в сварных швах и кольцевых ребрах рамы, отвинчивание гаек стяжных шпилек, обрыв шеек стяжных шпилек и т.д. Получено распределение механических напряжений по длине стяжной шпильки при различных частотах, выполнено сравнение с допустимыми значениями напряжений для используемых материалов крепления, сделаны выводы о возможности работы турбогенераторов в диапазоне рассматриваемых частот 50, 100 и 200 Гц. Подтверждена возможность компьютерного моделирования возникающих усилий в элементах крепления в различных режимах с целью прогнозирования их рабочего состояния с рекомендацией подтверждения на практике путем установки дополнительных датчиков.
В роботі, з використанням 3D-моделі і програмних комплексів SolidWorks і ANSYS, виконаний розрахунок ЕРС, наведених потоками розсіювання в зоні кріплення осердя статора турбогенератора до корпусу, розраховані електромагнітні сили, що діють на систему кріплення осердя, отримана картина розподілу механічних напружень в елементах вузла кріплення, що виникають при дії електромагнітних сил з частотою 50, 100 і 200 Гц. Зазначено, що необхідність проведення додаткових досліджень електромагнітних сил і механічної напруги в елементах кріплення осердя статора визначена особливостями роботи національної енергетичної системи («піки» і «провали» енергоспоживання, значний знос електроустаткування теплових електростанцій і т.д.). Дослідження проводилися для турбогенераторів потужністю 200–300 МВт, які є практично єдиними маневреними потужностями в енергосистемі України і часто працюють на блоках теплових електростанцій в неномінальних режимах. Зібрані автором дані про турбогенератори, які часто працюють в неномінальних режимах, дозволили стверджувати, що вони мають більш низьку надійність, ніж турбогенератори, які працюють тільки в номінальних режимах. У неномінальних режимах відзначено посилення вібрації, що, в свою чергу, призводить до появи додаткових дефектів в найбільш навантажених елементах машин, зокрема, в вузлах підвіски осердя статора до корпусу: визначена поява на поверхні спинки осердя відкладень продуктів фреттинг-зносу, ослаблення і рухливість розпірних клинів, поява втомних тріщин в зварних швах і кільцевих ребрах рами, ослабленню гайок та обрив шийок стяжних шпильок. Отримано розподіл механічної напруги по довжині шпильки, що стягує, при різних частотах, виконано порівняння з допустимими значеннями напружень для використовуваних матеріалів кріплення, зроблені висновки про можливість роботи турбогенераторів в діапазоні розглянутих частот 50, 100 і 200 Гц. Підтверджено можливість комп'ютерного моделювання виникаючих зусиль в елементах кріплення в різних режимах з метою прогнозування їх робочого стану з рекомендацією підтвердження на практиці шляхом установки додаткових датчиків. 39 The article analyzes the vibration state of turbogenerators with a power of 200-300 MW, which for a long time worked in non-nominal modes at thermal power plants in Ukraine and Russia. The state of Ukraine's electrical networks and the uneven electricity consumption during the day and month led to the need to reduce the load of turbogenerators to 70%, 50% or less in comparison with their nominal capacity. Operation in such non-nominal modes increases the wear of all turbogenerator elements. The core of the stator, which is made of thin plates, and the system of its attachment to the body are destroyed especially intensively. The author specified the standard values of the stator core vibration and the system of its attachment to the housing, which are used in the service and repair of power plants. Comparison of the experimentally obtained results on power plant units with regulatory vibration standards for such generators was carried out. The results of the conducted researches showed that turbogenerators that operate more than the service life established by the manufacturing plants have a greater wear of the stator core attachment points to the hull (frame, clamping prisms, legs) than turbogenerators that operated only in rated conditions. It is indicated that such turbogenerators require additional repair and restoration work in order to extend their life. Practical recommendations for reducing the vibration of stators of turbogenerators are proposed. Installation of dynamic vibration dampers, reinforcement of the core suspension design refers to such solutions. The need to restore the isolating properties of tie prisms from vibration, increase the tightness of the weakened upper prisms was noted. Power batteries on the turbogenerators stopped in repair are proposed to be installed to ensure a constant state of compression of the extreme and central packets. The new design of improved stopping devices, which is currently used for repairs, is proposed to strengthen the fixation of the clamp prisms, which are weakened. Such a design is developed and implemented when creating new turbogenerators and carrying out repairs at the State Enterprise "Plant" Electrotyazhmash ", (Ukraine, Kharkov). The proposed measures were successfully implemented at domestic and foreign thermal power plants during repairs and modernization of turbogenerators. Applications of the proposed solutions are checked only on turbogenerators with a capacity of 200 and 300 MW, which are called "maneuverable", because the reduction in the power generation capacity during periods of reduced consumption (night consumption dips) is possible only for such machines. The use of larger turbogenerators (500, 800 or 1000 MW) is unacceptable to solve these problems, because the amplification of vibration and destruction of the fastening system, which was noted for generators with a capacity of 200300 MW, will be greater. This conclusion was drawn on the basis of experimental data collected by the author. In conclusion, it was concluded that it is impossible to completely exclude the increase in the vibration of the stators of turbogenerators and the destruction of the stator suspension system to the body when the machine is in operation more than the rated service life of the specified technical solutions. It is recommended to perform a complete replacement of these units with economic feasibility. |
|
| Publisher |
Харківський національний університет Повітряних Сил ім. І. Кожедуба
Харьковский национальный университет Воздушных Сил им. И. Кожедуба Kharkiv national Air Force University named after I. Kozhedub |
|
| Date |
2018
|
|
| Type |
info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion Рецензована стаття |
|
| Format |
application/pdf
|
|
| Identifier |
http://www.hups.mil.gov.ua/periodic-app/article/19086
|
|
| Source |
Системи обробки інформації. — 2018. — № 4(155). 35-40
Системы обработки информации. — 2018. — № 4(155). 35-40 Information Processing Systems. — 2018. — № 4(155). 35-40 1681-7710 |
|
| Language |
rus
|
|
| Relation |
http://www.hups.mil.gov.ua/periodic-app/article/19086/soi_2018_4_7.pdf
|
|