Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні

Разработано методическое и программное обеспечение, позволяющее на основе метода конечных элементов с непосредственным интегрированием уравнений движения шаговым методом Ньюмарка, решать задачи вынужденных изгибных, продольных, крутильных колебаний и переходных процессов валопроводов на сложных упру...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Проблемы машиностроения
Datum:	2015
1. Verfasser:	Гармаш, Н.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2015
Schlagworte:	Динамика и прочность машин
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81036
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні / Н.Г. Гармаш // Проблемы машиностроения. — 2015. — Т. 18, № 1. — С. 23-29. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81036
record_format	dspace
spelling	Гармаш, Н.Г. 2015-04-30T15:33:15Z 2015-04-30T15:33:15Z 2015 Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні / Н.Г. Гармаш // Проблемы машиностроения. — 2015. — Т. 18, № 1. — С. 23-29. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81036 539.3; 539.4 Разработано методическое и программное обеспечение, позволяющее на основе метода конечных элементов с непосредственным интегрированием уравнений движения шаговым методом Ньюмарка, решать задачи вынужденных изгибных, продольных, крутильных колебаний и переходных процессов валопроводов на сложных упруго-демпферных опорах. Программное обеспечение позволяет определять вибрационные характеристики начальных и приобретенных при эксплуатации дефектов валопровода турбоагрегата. Используется конечноэлементная стержневая расчетная модель валопровода турбоагрегата Т-250/300-240. Описується чисельне моделювання коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 з початковими та набутими при експлуатації дефектами. Використовується методичне та програмне забезпечення, яке дозволяє визначати вібраційні характеристики дефектів із використанням стрижневих розрахункових моделей. Одержані віброознаки експлуатаційних дефектів можуть бути використані для оцінки їх наявності і розвитку на працюючому турбоагрегаті. The methodology and software that enables based on the finite element method with the direct integration of the motion equations by Newmark’s method solve problems forced flexural, longitudinal, torsional vibrations and transients shafting on complex elastic-damper supports, are developed. Software allows to determine the vibration characteristics of initial defects and defects that have arisen during operation of turbine shafting. The finite element calculation model of rod shafting turbine unit T-250 / 300-240 is used. uk Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Динамика и прочность машин Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні Investigation of vibrations of shafting turbine unit T-250/300-240 at drawdown of supports and instantaneous imbalance shafting Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні
spellingShingle	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні Гармаш, Н.Г. Динамика и прочность машин
title_short	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні
title_full	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні
title_fullStr	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні
title_full_unstemmed	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні
title_sort	дослідження коливань валопроводу турбоагрегата т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні
author	Гармаш, Н.Г.
author_facet	Гармаш, Н.Г.
topic	Динамика и прочность машин
topic_facet	Динамика и прочность машин
publishDate	2015
language	Ukrainian
container_title	Проблемы машиностроения
publisher	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
format	Article
title_alt	Investigation of vibrations of shafting turbine unit T-250/300-240 at drawdown of supports and instantaneous imbalance shafting
description	Разработано методическое и программное обеспечение, позволяющее на основе метода конечных элементов с непосредственным интегрированием уравнений движения шаговым методом Ньюмарка, решать задачи вынужденных изгибных, продольных, крутильных колебаний и переходных процессов валопроводов на сложных упруго-демпферных опорах. Программное обеспечение позволяет определять вибрационные характеристики начальных и приобретенных при эксплуатации дефектов валопровода турбоагрегата. Используется конечноэлементная стержневая расчетная модель валопровода турбоагрегата Т-250/300-240. Описується чисельне моделювання коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 з початковими та набутими при експлуатації дефектами. Використовується методичне та програмне забезпечення, яке дозволяє визначати вібраційні характеристики дефектів із використанням стрижневих розрахункових моделей. Одержані віброознаки експлуатаційних дефектів можуть бути використані для оцінки їх наявності і розвитку на працюючому турбоагрегаті. The methodology and software that enables based on the finite element method with the direct integration of the motion equations by Newmark’s method solve problems forced flexural, longitudinal, torsional vibrations and transients shafting on complex elastic-damper supports, are developed. Software allows to determine the vibration characteristics of initial defects and defects that have arisen during operation of turbine shafting. The finite element calculation model of rod shafting turbine unit T-250 / 300-240 is used.
issn	0131-2928
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81036
citation_txt	Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні / Н.Г. Гармаш // Проблемы машиностроения. — 2015. — Т. 18, № 1. — С. 23-29. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT garmašng doslídžennâkolivanʹvaloprovoduturboagregatat250300240priprosadcíoportamittêvomurozbalansuvanní AT garmašng investigationofvibrationsofshaftingturbineunitt250300240atdrawdownofsupportsandinstantaneousimbalanceshafting
first_indexed	2025-11-25T21:07:15Z
last_indexed	2025-11-25T21:07:15Z
_version_	1850545143991500800
fulltext	ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 18, № 1 23 14. Zhou, Y.-H. Active control of nonlinear piezoelectric circular shallow spherical shells / Y.-H. Zhou, H. S. Tzou // Int. J. of Solids and Structures. – 2000. – Vol. 37, № 12. – P. 1663–1677. 15. Механика связанных полей в элементах конструкций: [в 5 т.] / Под общ. ред. А. Н. Гузя. Т. 5. Электроупру- гость / В. Т. Гринченко, А. Ф. Улитко, Н. А. Шульга. – К.: Наук. думка, 1989. – 280 с. 16. Бабаев, А. Э. Нестационарные волны в сплошных средах с системой отражающих поверхностей / А. Э. Бабаев. – К.: Наук. думка, 1990. – 176 с. 17. Янчевский, И. В. Минимизация прогибов круглой электроупругой биморфной пластины при импульсном нагружении / И. В. Янчевский // Пробл. обчислювальної механіки і міцності конструкцій : Зб. наук. пр. – 2011. – Вип. 16. – С. 303–313. 18. Янютин, Е. Г. Импульсные воздействия на упругодеформируемые элементы конструкций / Е. Г. Янютин, И. В. Янчевский. – Харьков: Изд-во Харьков. автодор. ин-та, 2001. – 184 с. 19. Янчевский, И. В. Нестационарные колебания асимметричного дискового биморфа в режиме прямого пьезо- электрического эффекта / И. В. Янчевский // Пробл. машиностроения. – 2010. – Т. 13, № 6. – С. 42–47. Надійшла до редакції 04.12.14 Н. Г. Гармаш, канд техн. наук Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України м. Харків, e-mail: garm_n@mail.ru Ключові слова: ротор, вало- провід, турбоагрегат, дефект, вібраційні характеристики. УДК 539.3; 539.4 ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛИВАНЬ ВАЛОПРОВОДУ ТУРБОАГРЕГАТА Т-250/300-240 ПРИ ПРОСАДЦІ ОПОР ТА МИТТЄВОМУ РОЗБАЛАНСУВАННІ Описується чисельне моделювання коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 з початковими та набутими при експлуатації дефектами. Використовується методичне та програмне забезпечення, яке дозволяє ви- значати вібраційні характеристики дефектів із використанням стрижневих розрахункових моделей. Одержані віброознаки експлуатаційних дефектів можуть бути використані для оцінки їх наявності і розвитку на працюючо- му турбоагрегаті. Вступ Енергетичне обладнання багатьох електростанцій України на цей час знаходиться на межі ви- черпання ресурсу. Потужні теплофікаційні турбіни, які складають основу теплоенергетики, часто ви- користовуються у режимах компенсації пікових навантажень, що супроводжуються підвищеним спрацюванням ресурсу. Умови експлуатації цих енергоагрегатів можуть стати причиною розвитку початкових та появи нових дефектів, що може викликати підвищення їх вібрації і призвести до руй- нування. Проблема продовження надійної і безпечної експлуатації теплофікаційних турбін набуває особливого значення. Визначальним фактором при її вирішенні є достовірність даних про вібрацій- ний стан, який є інформативним чинником появи дефектів та зміни тепломеханічних режимів роботи. Актуальність роботи Для багатьох дефектів валопроводів вібраційні характеристики недостатньо визначені і потребують уточнення. Тому виявлення дефектів роторів парових турбін при експлуатації є актуаль- ною науково-технічною проблемою, розв’язання якої пов’язано з застосуванням як теоретичних, так і експериментальних методів діагностування вібраційної навантаженості і створення систем контролю та запобігання нештатним ситуаціям [1, 2]. Аналіз динаміки роторних систем потребує проведення великої кількості розрахунків. Для валопроводів потужних турбоагрегатів, які включають у себе кілька роторів, визначення особливо- стей коливальних процесів, викликаних дією вимушених сил, є трудомістким. Тому необхідна побу- дова простих розрахункових моделей, що дозволяють відображати конструктивні особливості та ре- альні умови роботи турбоагрегатів. © Н. Г. Гармаш, 2015 ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 18, № 1 24 Постановка задачі Для аналізу вібраційного стану валопроводів на пружно-демпферних опорах на основі методу скінченних елементів розроблено методичне та програмне забезпечення, що дозволяє отримувати спектр власних частот і форми вільних коливань у заданому інтервалі частот, амплітудно-частотні характеристики при гармонічному і негармонічному силовому і кінематичному збудженні, а також розглядати нестаціонарні динамічні процеси шляхом інтегрування рівнянь руху методами Ньюмарка або Вілсона [3]. Розрахункові моделі валопроводів складаються із стрижневих ділянок різного попе- речного перерізу і матеріалу, для кожної з яких враховуються деформації розтягу, кручення і згину. Диски ступенів з лопатками, муфти, фланці або балансувальні вантажі моделюються зосередженими масами і моментами інерції. У місці з’єднання двох сусідніх ділянок ротора у випадку необхідності врахування конструктивних особливостей задаються з’єднувальні жорсткості, а також величини, які характеризують недосконалості з’єднання, що можуть з’явитися при зібранні роторів, – зміни пере- міщень (зміщення осей) і зміни кутів повороту (злами) осей валопроводу [4]. При дослідженні коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240, який складається з ро- тора високого тиску (РВТ), двох роторів середнього тиску (РСТ-1 і РСТ-2), ротора низького тиску (РНТ) та ротора генератора, використовувалась розрахункова модель, яку подано на рис.1. Розрахункова схема валопроводу враховує всі конструктивні особливості валопроводу, має 241 стрижневу ділянку сталого поперечного перерізу з розподіленою масою. Фланці та диски ступе- нів з облопаченням моделюються 54 зосередженими масами і моментами інерції. Валопровід опира- ється на дев′ять податливих підшипників ковзання, один з яких є упорно-опорним (номери опор по- значені на рис.1 цифрами). Результати досліджень Ідентифікація скінченноелементної стрижневої розрахункової моделі [5] валопроводу турбо- агрегата Т-250/300-240 проводилась підбором величин ексцентриситетів дисків у двох перпендикуля- рних площинах шляхом порівняння розрахункових траєкторій руху осі валопроводу відносно підши- пників з експериментальними даними, які отримані за допомогою системи вібродіагностики, встано- вленої на Харківській ТЕЦ-5 [6]. Результати чисельних досліджень порівнювались з розгінними та вибіговими характеристиками валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240, отриманими експеримента- льно [4]. Вибігові експериментальні характеристики показують, що значні коливання точок на опорах мають місце при незначних швидкостях обертання, що свідчить про початкові згинні деформації ро- тора, викликані дефектами з’єднання муфт. Тому ідентифікація параметрів розрахункової схеми ва- лопроводу повинна проводитись не лише за характеристиками небалансу, а і по викривленню осі ва- лопроводу за рахунок дефектів у муфтах. Для одержаної розрахункової моделі проведені чисельні дослідження найбільше поширених початкових та набутих експлуатаційних дефектів. На практиці при зболченні фланців роторів часто виникають недосконалості з’єднання (неспіввісність осей (колінчастість) роторів або злами прямолі- нійності осі валопроводу). Такі дефекти при обертанні роторів збуджують коливання, викликані не- балансом за рахунок відхилення осі валопроводу від осі його обертання. Проведені чисельні дослі- дження вимушених коливань збалансованого і незбалансованого (реального) валопроводу за наявно- сті різних недосконалостей з’єднань муфт між окремими роторами. Встановлено, що для незбалансо- ваного валопроводу має значення, в якій площині знаходяться дефекти з’єднання у відношенні до небалансу окремих роторів. Розглянуто вплив цих дефектів при їх розміщенні в горизонтальній і вер- тикальній площинах [4]. Рис. 1. Модель валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 18, № 1 25 Одним із експлуатаційних дефектів, що часто зустрічається на практиці, є просадка опор під- шипників. За рахунок зменшення навантаження на підшипник при його просадці жорсткість масля- ного шару зменшується [7]. Унаслідок цього підшипники, що знаходяться поряд із ним, підвантажу- ються. Таким чином здійснюється перерозподіл реакцій опор підшипників на валопровід. Це приво- дить до суттєвих змін як вибігових характеристик валопроводу, так і траєкторій руху точок валопро- воду в районі підшипників практично на всіх опорах. Проведено дослідження перерозподілу реакцій опор у випадку просадки першої і другої опор на 5 мм, п’ятої та шостої опор одночасно, оскільки во- ни знаходяться близько одна від одної, – на 4 мм та останньої, дев’ятої опори, – на 10 мм. Величина просадки розглядалась у відношенні до випадку правильно виставлених опор, при якому в муфтах не виникають поперечні сили і моменти при повороті осі валопроводу від навантаження роторів влас- ною вагою. Результати розрахунків, наведені в таблиці, показують перерозподіл навантаження на опори підшипників. Навантаження підшипників у випадку просадки опор Навантаження, кН № підшип- ника Без просадки опор Просадка 1 опори на 5 мм Просадка 2 опори на 5 мм Просадка 5 і 6 опор на 4 мм Просадка 9 опори на 10 мм 1 36,8 20,98 71 37,52 36,81 2 90,09 124,71 3,897 84,53 90,054 3 79,45 59,47 204,12 48,39 79,512 4 112,94 113,56 47,47 200,18 113,73 5 153,07 154,12 143,24 108,96 157,27 6 165,03 164,88 167,91 57,81 149,46 7 167,1 167,02 168,01 373,83 42,84 8 247,15 247,17 246,92 147,29 414,18 9 230,42 230,43 230,41 225,89 202,09 Установлено, що просадка опор викликає зміни амплітудо-фазочастотних характеристик ва- лопроводу та траєкторій руху його окремих точок. На рис. 2 наведено траєкторії руху точок валопро- воду відносно положення статичної рівноваги осі валопроводу без просадки опор при робочій частоті обертання 50 Гц. Криві, позначені цифрами 1–9, відносяться відповідно до точок валопроводу в ра- йоні опор (рис. 1), а позначені цифрами 1р–5Р – до середини роторів РВТ, РСТ-1, РСТ-2, РНТ та гене- ратора. На рис. 3–6 наведено траєкторії руху цих же точок валопроводу для різних випадків просадки опор. Спостерігається суттєва зміна як вибігових характеристик, так і траєкторій руху точок валопро- воду практично на всіх опорах. Одержані результати можуть бути використані для діагностування просадки опор турбоагрегата Т-250/300-240 в умовах експлуатації. Миттєве розбалансування ротора валопроводу, яке може бути викликане впливом різних вну- трішніх і зовнішніх факторів, призводить до підвищення рівня вібрацій турбоагрегата. Для визначен- ня вібраційних ознак появи експлуатаційних дефектів проведені чисельні дослідження розбалансу- вання валопроводу на різних ступенях роторів. Амплітудо-фазочастотні характеристики вимушених коливань на номінальній частоті обертання одержані в місцях установки датчиків для виміру зазорів до валопроводу в системі вібродіагностики. Для досліджень перехідних процесів коливань при миттєвих розбалансуваннях валопроводу використовувався метод покрокового інтегрування Ньюмарка. На рис. 7 для прикладу зображені ам- плітуди коливань точок валопроводу в районі 1–5-ї опор при раптовому розбалансуванні ротора ви- сокого тиску в області шостого ступеня. ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 18, № 1 26 Рис. 2. Траєкторії руху точок валопроводу без просадки опор Рис. 3. Траєкторії руху точок валопроводу при просадці на 5 мм першої опори ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 18, № 1 27 Рис. 4. Траєкторії руху точок валопроводу при просадці на 5 мм другої опори Рис. 5. Траєкторії руху точок валопроводу при просадці на 4 мм п’ятої та шостої опор ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 18, № 1 28 Рис. 6. Траєкторії руху точок валопроводу при просадці на 10 мм дев’ятої опори а) б) Рис. 7. Амплітуди коливань точок валопроводу в районі підшипників 1–5 при раптовому розбалансуванні РВТ: а) – в горизонтальному напрямку; б) – у вертикальному напрямку ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 18, № 1 29 На рис. 8 показано траєкторії руху точки валопроводу в районі першого підшипника, амплі- туди коливань якої максимальні (рис.7), при раптовому розбалансуванні шостого ступеня ротора ви- сокого тиску турбоагрегата. Значне зростання амплітуд у момент розбалансування інколи може викликати навіть недопус- тимий рівень вібрацій валопроводу, але з часом процес коливань стає усталеним (рис.8). Проведено чисельне моделювання раптового розбалансування роторів валопроводу в районі інших ступенів, ре- зультати чисельних досліджень, одержані при цьому, можуть бути використані системою вібродіаг- ностики для виявлення місця і причин миттєвого розбалансування валопроводу. Висновки Проведені дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 з урахуванням впливу початкових і набутих при експлуатації дефектів (зміщення та зламу осі валопроводу при по- рушенні з’єднання роторів в муфтах, миттєвого розбалансування роторів, просадки опор) дозволили оцінити вплив указаних дефектів на вібраційні характеристики валопроводу. На їх основі одержано характерні віброознаки цих дефектів. Використання визначених характерних віброознак початкових та набутих дефектів дозволить розширити можливості експертної системи оцінки їх наявності і роз- витку, яка є складовою автоматизованої системи вібродіагностики турбоагрегата Т-250/300-240. Література 1. Шульженко, Н. Г. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов (модели, методы, результаты исследований) / Н. Г. Шульженко, П. П. Гонтаровский, Б. Ф. Зайцев. –Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co.KG, 2011. – 370 с. 2. Шульженко, М. Г. Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів / М. Г. Шульженко // Вісн. НАН України. – 2014.– № 12.– С. 39–43. 3. Бате, К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К. Бате, Е. Вильсон. – М.: Стройиздат, 1982. – 448 с. 4. Моделювання коливань валопроводу турбоагрегата за наявності експлуатаційних дефектів / М. Г. Шульженко, П. П. Гонтаровський, Н. Г. Гармаш, Ю. Г. Єфремов // Вібрації в техніці та технологіях. – 2014. – № 2 (74). – С. 93–100. 5. Шульженко, Н. Г. Идентификация стержневых моделей валопроводов по данным экспериментальных исс- ледований / Н. Г. Шульженко, Ю. Г. Ефремов, А. М. Ганжа // Пробл. машиностроения. – 2002. – Т. 5, № 4. – С. 67–71. 6. Вибродиагностирование роторных агрегатов автоматизированными стационарными и мобильными систе- мами / Н. Г. Шульженко, Ю. Г. Ефремов, В. И. Цыбулько, А. В. Депарма // Вібрації в техніці та технологіях. – 2014. – № 3 (75). – С. 101–110. 7. Костюк, А. Г. Динамика и прочность турбомашин / А. Г. Костюк. – М.: Машиностроение, 1982. – 264 с. Надійшла до редакції 17.02.15 Рис. 8. Траєкторії руху точки валопроводу в районі підшипника 1 при раптовому розбалансуванні РВТ

Дослідження коливань валопроводу турбоагрегата Т-250/300-240 при просадці опор та миттєвому розбалансуванні

Institution

Ähnliche Einträge