Оценка прочность диска турбины проектируемой микрогазотурбинной установки

В. А. Цитцер, А. О. Чернявский

Аннотация


Проектируемая в ЮУрГУ микротурбинная установка использует радиальную газовую турбину для вращения электрического генератора. Разрабатываемая турбина имеет
малые габариты (диаметр колеса турбины 150 мм), высокие обороты (65 000 об/мин на
номинальном режиме) и должна надежно работать в течение длительного времени
(60 000 ч). Эксплуатация турбины включает как длительные этапы стационарной работы, так и многочисленные переходные режимы при запуске, останове, изменении мощности в связи с изменением нагрузки на генератор. Обеспечение прочности в этих условиях требует анализа длительной прочности и циклической долговечности.
Оценка длительной прочности выполнена с учетом перераспределения напряжений на стационарном режиме за счет ползучести. Предположение о том, что деформаций ползучести достаточно для необходимого перераспределения напряжений, позволяет использовать статический подход теории предельного равновесия, что в рамках МКЭ соответствует расчету с использованием идеально упругопластической схематизации материала с предельным напряжением, соответствующим пределу длительной прочности. В статье приведены результаты анализа имеющихся исходных данных и выполненных расчетов. Показано, что один из предложенных вариантов конструкции позволяет обеспечить требуемое значение коэффициента запаса. Расчеты позволяют также оценить возможные механизмы разрушения конструкции для последующего анализа безопасности в аварийных ситуациях.
Выполнены также предварительные оценки напряжений на нестационарных режимах. Показано, что инерционные силы при быстром пуске турбины не лимитируют ее прочность. Однако тепловые напряжения при гипотетическом мгновенном увеличении расхода топлива до полного ограничивают допускаемую долговечность 200 циклами «пуск-останов», что свидетельствует о необходимости выработки смягченного регламента пуска.

Ключевые слова


микрогазотурбинная установка, колесо турбины, длительная прочность, циклическая долговечность

Полный текст:

PDF

Литература


Degtyar B.G., Kartashev A.L., Martynov A.A. Research of operating regime of power micro gas turbine installation. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mechanical Engineering Industry, 2013, vol. 13, no. 2, pp. 132–135. (in Russ.)

Boyarshinov S.V. Osnovy stroitel'noy mekhaniki mashin [Fundamentals of the Structural Mechanics of Machines]. Moscow, Engineering, 1973. 456 p.

Cherniavsky O.F., Getsov L.B. [Strength Calculation for GTU Members Using Shakedown Theory]. Trudy nauchno-proizvodstvennogo ob"edineniya po issledovaniyu i proektirovaniyu energeticheskogo oborudovaniya im. I.I. Polzunova [Proceedings of Scientific Production Association for Research and Design in Power Equipment named after I.I. Polzunov], 2009, № 296, pp. 253–260. (in Russ.)

Petrushin N.V., Ospennikova O.G., Visik E.M., Rassokhina L.I., Timofeyeva O.B. [High-Temperature Nickel Alloys of Low Density]. Liteinoye proizvodstvo [Foundry], 2012, № 6, pp. 5–11. (in Russ.)

Gohfeld D.A., Getsov L.B., Kononov K.M. Mekhanicheskie svoystva staley i splavov pri nestatsionarnom nagruzhenii: spravochnik [Mechanical Properties of Steels and Alloys under Unsteady Loading: Handbook]. Yekaterinburg: Ural Branch of RAS, 1996. 408 p.

Normy rascheta na prochnost' oborudovaniya i truboprovodov atomnykh energeticheskikh ustanovok PNAE G-7-002-86 [Strength code for equipment and pipelines of nuclear power plants PNAE G-7-002-86]. Moscow, Energoatomizdat, 1989. 526 p.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.