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