DOI: https://doi.org/10.20998/2078-9130.2019.1.187412

Моделирование и анализ собственных колебаний системы ТФО с турбиной 500 МВт

S. V. Krasnikov

Анотація


Проведено аналіз власних коливань системи турбоагрегат-фундамент-основа. Система включає до себе залізобетонний фундамент, парову турбіну потужністю 500 МВт з п’яти корпусів , генератор та чотири конденсатори. Для дослідження обрана система з паровою турбіною, що містить кілька типових корпусів. Актуальність проведеного дослідження зумовлена наявністю у системах турбоагрегат-фундамент-основа з великим часом експлуатації та зі значним відпрацюванням базового ресурсу підвищених рівнів вібрації. З іншої сторони актуальність та новизна результатів пов’язана з відсутністю попередніх досліджень з наведеного об’єкту та предмету досліджень. Розглядається система з паровою турбіною, що має чотири типових однакових гнучких корпуса та один жорсткий корпус великої ваги. Було розглянуто власні коливання системи турбоагрегат-фундамент-основа у частотному діапазоні наближеному до частоти коливань електромагнітної природи від генератора. Об'єктом дослідження є система турбоагрегат-фундамент-основа. Для моделювання та проведення чисельних розрахункових досліджень використаний метод скінчених елементів. Побудовано геометричні та скінчено-елементні моделі системи турбоагрегат-фундамент-основа з урахуванням особливостей взаємодії гнучких корпусів турбіни з фундаментом. Моделювання фундаменту виконано за допомогою системи з стрижневих та масових скінчених елементів. Жорсткий корпус парової турбіни та генератор моделювались за допомогою системи масових скінчених елементів. Найбільш гнучкі корпуса парової турбіни моделювались за допомогою системи з оболонкових, стрижневих та масових скінчених елементів. Основа моделювалась за допомогою системи жорсткостей та граничних умов. Конденсатори моделювались за допомогою системи жорсткостей та граничних умов. Особливістю розрахункових моделей є докладне трьохвимірне моделювання гнучких корпусів парової турбіни. Застосована методика моделювання є унікальною та дозволяє проводити докладний аналіз з власних коливань всієї системи Проведено розрахунки власних коливань. Отримано власні частоти й форми коливань. Отримані результати дають якісну оцінку власних коливань окремих елементів розглянутої системи турбоагрегат-фундамент-основа та системи у цілому. Результати розрахунків було використано при дослідженні причин підвищеної вібрації системи турбоагрегат-фундамент-основа та її окремих елементів.

Ключові слова


вибрация; паровая турбина; система турбоагрегат-фундамент-основание; метод конечных элементов; собственные частоты и формы колебаний; фундамент

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


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

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

Levchenko E.V., Shvetsov V.L., Kozheshkurt I.I., Lobko A.N. 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. 2010. № 3. P. 5-11 [in Russian].

Subbotin V.G., Levchenko E.V., Shvetsov V.L. Parovye turbiny OAO "Turboatom" dlya teplovykh elektrostantsii [Turboatom steam turbines for thermal power plants]. Vestnik Nats. tekhn. un-ta "KhPI". Kharkiv: 2009. № 3. P. 6-17 [in Russian].

Eremenko S.Yu. Metody konechnykh elementov v mekhanike deformiruemykh tel [Finite-element methods in mechanics of deformable bodies.]. Kharkiv: Osnova, 1991. 271 p. [in Russian].

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

HITACHI. Turbine and Generator Foundation Design and construction & recommendation. Tokyo: Japan, 1984. 104 p.

Nazarenko S.A., Tkachuk N.A. 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: 2017. № 39. P. 49-56 [in Russian].

Larіn A., Chumachenko O. 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.] Doslіdzhennya z іstorії tekhnіki. Kharkіv: 2016. № 23. P. 72-78 [in Ukrainian].

Zhovdak V.O., Krasnikov S.V., Stepchenko O.S. 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: 2004. № 3. P. 39-47 [in Russian].

Zhiqiang Hu, Wei Wang, Puning Jiang, Qinghua Huang, Jianhua Wang, Sihua Xu, Jin He and Lei Xiao A Seismic Analysis on Steam Turbine Con-sidering Turbine and Foundation Interaction. ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, Düsseldorf: 2004. V01BT27A041. P. 1-8.

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

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

Runov B.T. Issledovanie i ustranenie vib-ratsii parovykh turboagregatov [Research and elimination of the vibration of the steam turbine units]. Moscow: Energoizdat, 1982. 352 p. [in Russian].

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

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. № 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. № 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. № 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 machi nery using modal parameters” J. Sound Vib. 2016. № 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. № 411. P. 165-192.

Krasnіkov S.V. 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: 2017. № 39. P. 23-26 [in Russian].


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Косяк Ю.Ф. и др. Паротурбинные установки атомных электростанций / ред. Косяк Ю.Ф. Москва: Энергия, 1978. 312 с.

2. Трояновский Б.М. Турбины для атомных электростанций. Москва: Энергия, 1978. 182 с.

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 НТУ «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. Москва: 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. Харьков: Вестник НТУ «ХПИ». 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.А., Красников С.В., Степченко А.С. Решение задачи статистической динамики машиностроительных конструкций с учетом случайного изменения параметров. Харьков: 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. Москва: 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 rotor-bearing 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 machi nery 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. Красников С.В. Моделирование и анализ вибрационных характеристик корпуса паровой турбины большой мощности. Харьков: Вестник НТУ «ХПИ». 2017. № 39. С.23-26.