Contact deformation of the pipeline sealing unit
The features of the turbine steam line sealing unit stress-strain state are examined on the basis of the usage of a three-dimensional design model of the construction and contacting surfaces. The considered unit consists of the pipeline, a crimp casing consisting of two halves with an outlet in one...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/222822 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозитарії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-222822 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
turbine pipeline flange connection contact problem stress-strain state contact UDC 621.125 турбоустановка трубопровід фланцеве з'єднання контактна задача напружено-деформований стан контактний тиск УДК 621.125 турбоустановка трубопровод фланцевое соединение контактная задача напряженно-деформированное состояние контактное давление УДК 621.125 |
| spellingShingle |
turbine pipeline flange connection contact problem stress-strain state contact UDC 621.125 турбоустановка трубопровід фланцеве з'єднання контактна задача напружено-деформований стан контактний тиск УДК 621.125 турбоустановка трубопровод фланцевое соединение контактная задача напряженно-деформированное состояние контактное давление УДК 621.125 Kostikov, Andrii O. Palkov, Serhii A. Contact deformation of the pipeline sealing unit |
| topic_facet |
turbine pipeline flange connection contact problem stress-strain state contact UDC 621.125 турбоустановка трубопровід фланцеве з'єднання контактна задача напружено-деформований стан контактний тиск УДК 621.125 турбоустановка трубопровод фланцевое соединение контактная задача напряженно-деформированное состояние контактное давление УДК 621.125 |
| format |
Article |
| author |
Kostikov, Andrii O. Palkov, Serhii A. |
| author_facet |
Kostikov, Andrii O. Palkov, Serhii A. |
| author_sort |
Kostikov, Andrii O. |
| title |
Contact deformation of the pipeline sealing unit |
| title_short |
Contact deformation of the pipeline sealing unit |
| title_full |
Contact deformation of the pipeline sealing unit |
| title_fullStr |
Contact deformation of the pipeline sealing unit |
| title_full_unstemmed |
Contact deformation of the pipeline sealing unit |
| title_sort |
contact deformation of the pipeline sealing unit |
| title_alt |
Контактное деформирование узла уплотнения трубопровода Контактне деформування вузла ущільнення трубопроводу |
| description |
The features of the turbine steam line sealing unit stress-strain state are examined on the basis of the usage of a three-dimensional design model of the construction and contacting surfaces. The considered unit consists of the pipeline, a crimp casing consisting of two halves with an outlet in one of them, and a gasket. A mathematical model that takes into account the mechanical loads caused both by the internal steam pressure on the steam line wall and by the casing fasteners tightening has been formed. This model also includes contact interaction in the sealing unit on the contact surface of the pipeline, the upper and lower halves of the casing. This contact problem solving method, based on the application of the finite element method, is proposed. The finite element model is based on twenty-unit three-dimensional finite elements with three degrees of freedom at each unit. Eight-unit contact finite elements were used to describe contact and sliding between surfaces. Contact conditions are taken into account with the penalty method usage. The verification of the model and the software that implements the proposed method is carried out by comparing the calculation results and experimental data obtained on the physical model of the pipeline. The physical model was made from a low-modulus material with full geometric similarity and the same ratio of the elastic moduli of materials as in a real object. The stress-strain state of the sealing unit of a real pipeline in a three-dimensional setting was determined and the most stressed zones in the unit, which require increased attention during the design and operation of pipelines and their connections, were identified. The developed approach and software make it possible to determine the contact pressure for the horizontal joint flanges of highly stressed cylinder bodies of powerful steam turbines, which helps to avoid a large number of expensive experimental studies. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/222822 |
| work_keys_str_mv |
AT kostikovandriio contactdeformationofthepipelinesealingunit AT palkovserhiia contactdeformationofthepipelinesealingunit AT kostikovandriio kontaktnoedeformirovanieuzlauplotneniâtruboprovoda AT palkovserhiia kontaktnoedeformirovanieuzlauplotneniâtruboprovoda AT kostikovandriio kontaktnedeformuvannâvuzlauŝílʹnennâtruboprovodu AT palkovserhiia kontaktnedeformuvannâvuzlauŝílʹnennâtruboprovodu |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:29Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:29Z |
| _version_ |
1800670354418434048 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-2228222021-01-12T13:02:14Z Contact deformation of the pipeline sealing unit Контактное деформирование узла уплотнения трубопровода Контактне деформування вузла ущільнення трубопроводу Kostikov, Andrii O. Palkov, Serhii A. turbine pipeline flange connection contact problem stress-strain state contact UDC 621.125 турбоустановка трубопровід фланцеве з'єднання контактна задача напружено-деформований стан контактний тиск УДК 621.125 турбоустановка трубопровод фланцевое соединение контактная задача напряженно-деформированное состояние контактное давление УДК 621.125 The features of the turbine steam line sealing unit stress-strain state are examined on the basis of the usage of a three-dimensional design model of the construction and contacting surfaces. The considered unit consists of the pipeline, a crimp casing consisting of two halves with an outlet in one of them, and a gasket. A mathematical model that takes into account the mechanical loads caused both by the internal steam pressure on the steam line wall and by the casing fasteners tightening has been formed. This model also includes contact interaction in the sealing unit on the contact surface of the pipeline, the upper and lower halves of the casing. This contact problem solving method, based on the application of the finite element method, is proposed. The finite element model is based on twenty-unit three-dimensional finite elements with three degrees of freedom at each unit. Eight-unit contact finite elements were used to describe contact and sliding between surfaces. Contact conditions are taken into account with the penalty method usage. The verification of the model and the software that implements the proposed method is carried out by comparing the calculation results and experimental data obtained on the physical model of the pipeline. The physical model was made from a low-modulus material with full geometric similarity and the same ratio of the elastic moduli of materials as in a real object. The stress-strain state of the sealing unit of a real pipeline in a three-dimensional setting was determined and the most stressed zones in the unit, which require increased attention during the design and operation of pipelines and their connections, were identified. The developed approach and software make it possible to determine the contact pressure for the horizontal joint flanges of highly stressed cylinder bodies of powerful steam turbines, which helps to avoid a large number of expensive experimental studies. Исследованы особенности напряженно-деформированного состояния соединительного узла паропровода турбоустановки на основе использования трехмерной расчетной модели конструкции и контактирующих между собой поверхностей. Рассматриваемый узел включает в себя собственно трубопровод, обжимной кожух, состоящий из двух половин, в одной из которых установлен отвод, и прокладку-уплотнитель. Сформирована математическая модель, учитывающая механические нагрузки, вызванные как внутренним давлением пара на стенку паропровода, так и затяжкой крепежей кожуха. Рассматриваемая модель также включает контактное взаимодействие в узле уплотнения на контактируемой поверхности трубопровода, верхней и нижней половин кожуха. Предложена методика решения данной контактной задачи, основанная на применении метода конечных элементов. В основе конечноэлементной модели лежат двадцатиузловые трехмерные конечные элементы с тремя степенями свободы в каждом узле. Для описания контакта и скольжения между поверхностями использовались восьмиузловые контактные конечные элементы. Учет контактных условий осуществлялся при помощи метода штрафных функций. Проведена верификация модели и программного обеспечения, реализующего предложенную методику путем сравнения результатов расчета и экспериментальных данных, полученных на физической модели трубопровода. Физическая модель была изготовлена из низкомодульного материала с соблюдением полного геометрического подобия и такого же соотношения модулей упругости материалов, как и в реальном объекте. Определено напряженно-деформированное состояние соединительного узла реального трубопровода в трехмерной постановке и выявлены наиболее напряженные зоны в узле, требующие повышенного внимания при проектировании и эксплуатации трубопроводов и их соединений. Разработанный подход и программное обеспечение дают возможность определить контактное давление для фланцев горизонтального разъема высоконапряженных корпусов цилиндров мощных паровых турбин, что позволяет избежать большого числа дорогостоящих экспериментальных исследований. Досліджено особливості напружено-деформованого стану сполучного вузла паропроводу турбоустановки на основі використання тривимірної розрахункової моделі конструкції і поверхонь, що контактують між собою. Вузол, що розглядається, включає в себе власне трубопровід, обжимний кожух, що складається з двох половин, в одній з яких встановлено відведення, і прокладку-ущільнювач. Сформовано математичну модель, що враховує механічні навантаження, які викликані як внутрішнім тиском пари на стінку паропроводу, так і затягуванням кріплень кожуха. Розглянута модель також включає контактну взаємодію в вузлі ущільнення на контактних поверхнях трубопроводу, верхньої та нижньої половин кожуха. Запропоновано методику розв'язання даної контактної задачі, яка ґрунтується на використанні методу скінченних елементів. В основу скінченноелементної моделі покладено двадцативузлові тривимірні скінченні елементи з трьома ступенями свободи в кожному вузлі. Для опису контакту і ковзання між поверхнями використовувалися восьмивузлові контактні скінченні елементи. Врахування контактних умов здійснювалося за допомогою методу штрафних функцій. Проведено верифікацію моделі і програмного забезпечення, що реалізує запропоновану методику, шляхом порівняння результатів розрахунку і експериментальних даних, які отримані на фізичній моделі трубопроводу. Фізична модель була виготовлена з низькомодульного матеріалу з дотриманням повної геометричної подібності і такого ж співвідношення модулів пружності матеріалів, як і в реальному об'єкті. Визначено напружено-деформований стан сполучного вузла реального трубопроводу в тривимірній постановці і виявлено найбільш напружені зони в вузлі, що потребують підвищеної уваги під час проєктування та експлуатації трубопроводів та їх з'єднань. Розроблений підхід і програмне забезпечення дають можливість визначити контактний тиск для фланців горизонтального роз'єму високонапружених корпусів циліндрів потужних парових турбін, що дозволяє уникнути великої кількості дорогих експериментальних досліджень. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2021-01-10 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/222822 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 4 (2020); 52-62 Проблемы машиностроения; Том 23 № 4 (2020); 52-62 Проблеми машинобудування; Том 23 № 4 (2020); 52-62 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/222822/223099 https://journals.uran.ua/jme/article/view/222822/223100 Copyright (c) 2021 Serhii A. Palkov, Andrii O. Kostikov https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |