CC BY-NC
8
А.Ю. Киселев, Ю.М. Погодин
Совершенствование последних ступеней морских паровых агрегатов
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-116-117 УДК 621.165-226.2
А.Ю. Киселев, Ю.М. Погодин
СПбГМТУ, Санкт-Петербург
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОСЛЕДНИХ СТУПЕНЕЙ МОРСКИХ ПАРОВЫХ АГРЕГАТОВ
Обоснован выбор рационального распределения площадей поперечных сечений по длине лопатки. Спрофилированы поперечные сечения. Сформирована трехмерная геометрическая модель. Создана конечно-элементная расчетная модель лопатки с участком ротора. Произведены прочностной и вибрационный расчёты рабочей лопатки последней ступени.
Ключевые слова: паровая турбина, последняя ступень, профилирование, конечно-элементная расчетная модель, расчёт прочности, расчёт вибрации.
Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-116-117 UDC 621.165-226.2
A.Yu. Kiselev, Yu.M. Pogodin
St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg
IMPROVEMENT OF THE LAST STAGES OF MARINE STEAM UNITS
The choice of a rational distribution of the cross-sectional areas along the blade length is substantiated. Cross-sections are profiled. A three-dimensional geometric model has been formed. A finite element design model of a blade with a rotor section has been created. Strength and vibration calculations of the last stage rotor blade have been made.
Key words: steam turbine, last stage, profiling, finite element design model, strength calculation, vibration calculation. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
Задача проектирования эффективных и надежных последних ступеней является одной из центральных в общем процессе создания мощного турбоагрегата. Одним из способов повышения эффективности турбоагрегата является увеличение площади выхлопа последней ступени. Обычно это приводит к увеличению длины рабочих лопаток. Рабочая лопатка последней ступени в паровых турбинах представляет собой критический элемент, определяющий саму возможность изготовления турбины при принятых параметрах конструктивной схемы, так как в рабочей лопатке последней ступени будут самые высокие напряжения, самая большая влажность и будут наибольшие проблемы в обеспечении вибронадежности.
Целью данной работы является проектирование рабочей лопатки последней ступени для
турбины низкого давления морского парового агрегата с длинной лопатки, близкой к предельной.
Решалась задача подбора распределения по высоте лопатки площадей поперечных сечений под желаемое распределение напряжений при заданных ограничениях максимальных напряжений. В основу метода положена одномерная стержневая модель напряженного состояния лопатки. Рассматривалась задача в прямой и обратной постановке. Прямая задача предусматривает определения напряжений по заданному закону изменения площадей поперечных сечений.
Выполнено профилирование поперечных сечений лопатки. Профилирование выполнялось на основе готовых профилей из атласа профилей М.Е. Дейча [1]. Исходными данными для подбора
Для цитирования: Киселев А.Ю., Погодин Ю.М. Совершенствование последних ступеней морских паровых агрегатов. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 116-117.
For citations: Kiselev A.Yu., Pogodin Yu.M. Improvement of the last stages of marine steam units. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 116-117 (in Russian).
116
Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021
A.Yu. Kiselev, Yu.M. Pogodin Improvement of the last stages of marine steam units
профилей служили углы Р1 и Р2, числа Маха, полученные из Ш и 2Б расчёта. По данным атласа для каждого профиля определялись оптимальный угол установки и относительный шаг. С целью получения требуемых площадей сечений, выполнено масштабирование атласных профилей, а также произведена корректировка некоторых сечений получившейся лопатки.
Построена трехмерная твердотельная модель спроектированной лопатки с подобранным вильчатым хвостовиком и сектором диска ротора.
Создана конечно-элементная расчетная модель лопатки в программном комплексе А№У8.
Произведен расчет напряженно-деформированного состояния лопатки. Осредненные расчетные напряжения в пере лопатки получены достаточно близкими к напряжениям, заложенным в стержневой теории. Лопатка близка к равнопрочной. Запас по пределу текучести в корневом сечении пера лопатки п = 2,5, что удовлетворяет требованиям прочности [2].
Определены частоты собственных колебаний лопатки. Получены заниженные значения частот собственных колебаний по первой форме. С целью настройки на нужную частоту произведен повторный вибрационный расчет с учетом проволочных связей. При добавлении проволочных связей удалось отстроиться от критической частоты [2].
В первом приближении создана модель рабочей лопатки последней ступени. Произведен расчет прочности и оценка вибронадёжности спроектированной лопатки в программном комплексе ANSYS. Статическая и динамическая прочность пера удовлетворяют требованиям, предъявляемым к приводам электрогенераторов [2].
Список использованной литературы
1. Дейч М.Е. Атлас профилей решеток осевых турбин. М.: Машиностроение, 1965. 96 с.
2. Моисеев А.А., Розенберг А.Н. Конструирование и расчёт прочности судовых паровых и газовых турбо-зубчатых агрегатов. Л.: Судостроение, 1964. 298 с.
Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Киселев А.Ю., Погодин Ю.М., 2021
ФГУП «Крыловский государственный научный центр»
117
