Моделювання та аналіз коливань корпусу турбіни 500 МВт при зниженні робочої частоти
DOI:
https://doi.org/10.30977/VEIT.2226-9266.2019.16.0.59Анотація
Вирішена практична задача з аналізу підвищеної вібрації щодо корпусу циліндрів низького тиску парових турбін енергоблоків потужністю 500 МВт. З’ясовано; що основною причиною виникнення підвищених рівнів вібрації у паровій турбіні є сили небалансу ротору; а також недостатня жорсткість серед елементів всієї системи. Розглядається наявний випадок з практиці по експлуатації енергоблоку; де центрування для роторів не надало суттєвого поліпшення робочих параметрів. В якості цілі даної роботи було поставлено задачі з моделювання системи турбіна-фундамент-основа з турбіною К-500-65/3000 ХТГЗ; її вимушених коливань; а також дослідження причин підвищеної вібрації корпусів циліндрів низького тиску при зменшенні значення робочої частоти. Дослідження проведено за використанням методів коливань та скінчених елементів; а також шляхом розроблених автором методик побудови моделей та досліджень коливань системи турбоагрегат-фундамент-основа. За результатом проведеного дослідження були отримані: трьохвимірна скінчено-елементна модель системи турбоагрегат-фундамент-основа; амплітудно-частотна залежність для системи точок у корпусах циліндрів низького тиску. Наведене дослідження дозволило надати висновки щодо причин підвищених рівнів вібрації верхніх частин у корпусах парової турбіни. Тип розроблених автором трьохвимірних моделей цільної системи турбоагрегат-фундамент-основа є унікальним. Завдяки наявним особливостям розробленої моделі існує реальна можливість з дослідження вібраційного процесу на рівні; що дозволяє аналізувати рівні вібрації всіх елементів системи. Для окремого дослідження потрібна конкретизація частин системи; що потребують найбільшої уваги. Це дозволяє використання особливостей методу скінчених елементів для моделювання системи турбоагрегат-фундамент-основа з великим ступенем конкретизації реальних умов. Сторонніми дослідниками за використанням інших методик не було вирішено поставлені проблеми та вияснено конкретні причини підвішених рівнів вібрації у корпусах циліндрів низького тиску. Практичне значення дослідження є ілюстрація засобу розробки спеціалізованої моделі для дослідження характеристик вимушених коливань у системі турбоагрегат-фундамент-основа; а також розв’язку задачі з аналізу наявних причин підвищених рівнів вібрації. Результати роботи використано для практичних заходів; щодо поліпшення стану вібрацій корпусів та паротурбінних установок потужністю 500 МВт.
Ключові слова: вібрація; циліндр низького тиску; парова турбіна; метод кінцевих елементів; фундамент; коливання.Посилання
Литература
Косяк Ю. Ф. и др. Паротурбинные установки атомных электростанций, ред. Ю. Ф. Косяк. М.: Энергия. 1978. 312 c.
Трояновский Б. М. Турбины для атомных электростанций. М.: Энергия. 1978. 182 c.
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.
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.
Еременко С. Ю. Методы конечных элементов в механике деформируемых тел. Харьков: Основа. 1991. 271 с.
Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир. 1984. 428 с.
HITACHI. Turbine and Generator Foundation Design and construction & recommendation. Tokyo: Japan. 2009. 104 p.
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.
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.
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.
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.
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.
Chowdhury Indrajit, Dasguptu P. Shambhu Dynamics of Structure and foundation a unified approach. Leiden: CRC Press. 2009. 616 p.
Рунов Б. Т. Исследование и устранение вибрации паровых турбоагрегатов. М.: Энергоиздат. 1982. 352 с.
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.
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.
Jalali M. H., Ghayour M., Ziaei Rad S., Shahriari B. Dynamic analysis of a high speed rotor-bearing system. Measurement: Journal of the International Measurement Confederation. 2014. Vol. 53. P. 1-9.
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.
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.
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.
Красніков С. В. Моделирование и анализ вибрационных характеристик корпуса паровой турбины большой мощности. Харків: Вісник НТУ «ХПІ». 2017. № 39. С.23-26.
References
Kosyak Yu. F. and other (1978). Paroturbinnye ustanovki atomnykh elektrostantsii, red. Kosyak Yu. F. [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 raz-rabotke 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].
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 A., Chumachenko O. (2016) Spіvpratsya zaporіz'kikh avіadvigunobudіvnikh pіdpriєmstv z provіdnimi vchenimi Ukraїni v galuzі dinamіch-noї mіtsnostі v 1950-1970-kh rr. [Cooperation Zaporizhzhya aviation engine-building 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 slu-chainogo 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 environmen-tally 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 vib-ratsii 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 rotor-bearing 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 high-power steam turbine hull]. Vіsnik NTU «KhPІ», Kharkіv, 39, 23-26 [in Russian].
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Сергей Васильевич Красников
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
