Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder

Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder

This paper investigates the temperature field effect on the stress state of the turbine rotor blade lock joint elements where breakdowns were observed. The turbine rotor blade joint, when heat is supplied from the steam flow, is in conditions of uneven heating. In this case, the physico-mechanical p...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Видавець:Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
Дата:2019
Автори: Palkov, Ihor A., Shulzhenko, Mykola H.
Формат: Стаття
Мова:English
Russian
Опубліковано: Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2019
Теми:
turbine
lock joint
rotor blade
stress state
contact pressure
temperature field
contact stiffness
UDC 621.125
турбіна
замкове з'єднання
робоча лопатка
напружений стан
контактний тиск
температурне поле
жорсткість контакту
УДК 621.125
турбина
замковое соединение
рабочая лопатка
напряженное состояние
контактное давление
температурное поле
жесткость контакта
Онлайн доступ:https://journals.uran.ua/jme/article/view/179046
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!

Репозиторії

Energy Technologies & Resource Saving
id oai:ojs.journals.uran.ua:article-179046
record_format ojs
institution Energy Technologies & Resource Saving
collection OJS
language English
Russian
topic turbine
lock joint
rotor blade
stress state
contact pressure
temperature field
contact stiffness
UDC 621.125
турбіна
замкове з'єднання
робоча лопатка
напружений стан
контактний тиск
температурне поле
жорсткість контакту
УДК 621.125
турбина
замковое соединение
рабочая лопатка
напряженное состояние
контактное давление
температурное поле
жесткость контакта
УДК 621.125
spellingShingle turbine
lock joint
rotor blade
stress state
contact pressure
temperature field
contact stiffness
UDC 621.125
турбіна
замкове з'єднання
робоча лопатка
напружений стан
контактний тиск
температурне поле
жорсткість контакту
УДК 621.125
турбина
замковое соединение
рабочая лопатка
напряженное состояние
контактное давление
температурное поле
жесткость контакта
УДК 621.125
Palkov, Ihor A.
Shulzhenko, Mykola H.
Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder
topic_facet turbine
lock joint
rotor blade
stress state
contact pressure
temperature field
contact stiffness
UDC 621.125
турбіна
замкове з'єднання
робоча лопатка
напружений стан
контактний тиск
температурне поле
жорсткість контакту
УДК 621.125
турбина
замковое соединение
рабочая лопатка
напряженное состояние
контактное давление
температурное поле
жесткость контакта
УДК 621.125
format Article
author Palkov, Ihor A.
Shulzhenko, Mykola H.
author_facet Palkov, Ihor A.
Shulzhenko, Mykola H.
author_sort Palkov, Ihor A.
title Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder
title_short Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder
title_full Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder
title_fullStr Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder
title_full_unstemmed Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder
title_sort thermostressed state of the lock joint of turbine rotor blades of the first stage of к-500-240 steam turbine medium pressure cylinder
title_alt Термонапряженное состояние замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления турбины К-500-240
Термонапружений стан замкового з’єднання робочих лопаток першого ступеня турбіни К-500-240
description This paper investigates the temperature field effect on the stress state of the turbine rotor blade lock joint elements where breakdowns were observed. The turbine rotor blade joint, when heat is supplied from the steam flow, is in conditions of uneven heating. In this case, the physico-mechanical properties of materials change, and one can observe gradients of the temperature causing unequal thermal expansion of individual parts of the structure. This leads to temperature stresses, which, in combination with mechanical stresses from external loads, can cause significant plastic deformation of the structure, cracks, or damage to structures. To clarify the distribution of structural stresses in the lock joint structure, a problem is solved taking into account the temperature field. The problem is solved in a thermal contact setting, with taking into account the heat transfer influence on the transfer of forces in the lock joint. The contact interaction problem is essentially nonlinear, and the temperature problem is connected with the mechanics problem through previously unknown boundary conditions in the contact. The stress state and the nature of the contact interaction depend on the temperature field, which is determined by interaction conditions. The solution to the thermal contact problem in the lock joint is based on the application of the contact layer model. Zones of expected contact interaction are represented by contact elements. The mechanical interaction of contact surfaces is determined by their mutual penetration. The problem is solved using the finite element method, the total number of elements being 371 498. In this model, there are several zones of contact interaction: namely, the area of contact of the pins with the disk, as well as with the locking blade and adjacent blades; the area of contact of the pressure pads of the roots of adjacent blades and the disk shaft end. In the contact zones, the mesh is thickened. The calculation results are presented in the form of the temperature distribution over the lock joint. It is shown that there is a temperature drop along the radius and width of the disk. The temperature of 533 °С from the side of the steam inlet drops to the level of 525 °С from the side of the steam outlet. Results of the calculated assessment of the stress state of the lock joint of turbine rotor blades are given for the first stage of the medium pressure cylinder of a steam turbine. These results indicate significant stresses that can cause plastic deformation.
publisher Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
publishDate 2019
url https://journals.uran.ua/jme/article/view/179046
work_keys_str_mv AT palkovihora thermostressedstateofthelockjointofturbinerotorbladesofthefirststageofk500240steamturbinemediumpressurecylinder
AT shulzhenkomykolah thermostressedstateofthelockjointofturbinerotorbladesofthefirststageofk500240steamturbinemediumpressurecylinder
AT palkovihora termonaprâžennoesostoâniezamkovogosoedineniârabočihlopatokpervojstupenicilindrasrednegodavleniâturbinyk500240
AT shulzhenkomykolah termonaprâžennoesostoâniezamkovogosoedineniârabočihlopatokpervojstupenicilindrasrednegodavleniâturbinyk500240
AT palkovihora termonapruženijstanzamkovogozêdnannârobočihlopatokperšogostupenâturbínik500240
AT shulzhenkomykolah termonapruženijstanzamkovogozêdnannârobočihlopatokperšogostupenâturbínik500240
first_indexed 2024-09-01T17:37:21Z
last_indexed 2024-09-01T17:37:21Z
_version_ 1809016151662919680
spelling oai:ojs.journals.uran.ua:article-1790462019-09-27T12:23:45Z Thermostressed State of the Lock Joint of Turbine Rotor Blades of the First Stage of К-500-240 Steam Turbine Medium Pressure Cylinder Термонапряженное состояние замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления турбины К-500-240 Термонапружений стан замкового з’єднання робочих лопаток першого ступеня турбіни К-500-240 Palkov, Ihor A. Shulzhenko, Mykola H. turbine lock joint rotor blade stress state contact pressure temperature field contact stiffness UDC 621.125 турбіна замкове з'єднання робоча лопатка напружений стан контактний тиск температурне поле жорсткість контакту УДК 621.125 турбина замковое соединение рабочая лопатка напряженное состояние контактное давление температурное поле жесткость контакта УДК 621.125 This paper investigates the temperature field effect on the stress state of the turbine rotor blade lock joint elements where breakdowns were observed. The turbine rotor blade joint, when heat is supplied from the steam flow, is in conditions of uneven heating. In this case, the physico-mechanical properties of materials change, and one can observe gradients of the temperature causing unequal thermal expansion of individual parts of the structure. This leads to temperature stresses, which, in combination with mechanical stresses from external loads, can cause significant plastic deformation of the structure, cracks, or damage to structures. To clarify the distribution of structural stresses in the lock joint structure, a problem is solved taking into account the temperature field. The problem is solved in a thermal contact setting, with taking into account the heat transfer influence on the transfer of forces in the lock joint. The contact interaction problem is essentially nonlinear, and the temperature problem is connected with the mechanics problem through previously unknown boundary conditions in the contact. The stress state and the nature of the contact interaction depend on the temperature field, which is determined by interaction conditions. The solution to the thermal contact problem in the lock joint is based on the application of the contact layer model. Zones of expected contact interaction are represented by contact elements. The mechanical interaction of contact surfaces is determined by their mutual penetration. The problem is solved using the finite element method, the total number of elements being 371 498. In this model, there are several zones of contact interaction: namely, the area of contact of the pins with the disk, as well as with the locking blade and adjacent blades; the area of contact of the pressure pads of the roots of adjacent blades and the disk shaft end. In the contact zones, the mesh is thickened. The calculation results are presented in the form of the temperature distribution over the lock joint. It is shown that there is a temperature drop along the radius and width of the disk. The temperature of 533 °С from the side of the steam inlet drops to the level of 525 °С from the side of the steam outlet. Results of the calculated assessment of the stress state of the lock joint of turbine rotor blades are given for the first stage of the medium pressure cylinder of a steam turbine. These results indicate significant stresses that can cause plastic deformation. Исследуется влияние температурного поля на напряженное состояние элементов замкового соединения лопаток турбины, где наблюдались поломки. Соединение рабочих лопаток турбин при подводе тепла от парового потока находится в условиях неравномерного нагрева. При этом  изменяются физико-механические свойства материалов и наблюдаются градиенты температуры, вызывающей неодинаковое тепловое расширение отдельных частей конструкции. Это приводит к температурным напряжениям, которые в сочетании с механическими напряжениями от внешних нагрузок могут  вызвать существенную пластическую деформация конструкции, порождать трещины или повреждение конструкций. Для уточнения распределения напряжений по конструкции замкового соединения решается задача с учетом температурного поля. Решение задачи осуществляется в термоконтактной постановке с учетом влияния теплообмена на передачу усилий в замковом соединении. Задача контактного взаимодействия является существенно нелинейной, и связь температурной задачи с задачей механики осуществляется через заранее неизвестные граничные условия в контакте. Напряженное состояние и характер контактного взаимодействия зависят от температурного поля, что определяется условиями взаимодействия. Решение термоконтактной задачи в замковом соединении основано на применении модели контактного слоя. Зоны предполагаемого контактного взаимодействия представляются контактными элементами. Механическое взаимодействие поверхностей контакта определяется величиной их взаимного проникновения. Задача решается с использованием метода конечных элементов, общее число элементов - 371498. В рассматриваемой модели имеется несколько зон контактного взаимодействия: а именно, область соприкосновения штифтов с диском, а также с замковой лопаткой и призамковыми лопатками; область соприкосновения опорных площадок хвоста призамковой лопатки и хвостовика диска. В зонах контакта осуществляется сгущение сетки. Представлены результаты расчета в виде распределения температуры по замковому соединению. Показано, что имеет место перепад температуры по радиусу и ширине диска. Температура 533 °С со стороны входа пара падает до уровня 525 °С со стороны выхода пара. Приводятся результаты расчетной оценки напряженного состояния замкового соединения рабочих лопаток первой ступени цилиндра среднего давления паровой турбины, свидетельствующие о значительных напряжениях, способных вызывать пластическую деформацию. Досліджується вплив температурного поля на напружений стан елементів замкового з'єднання лопаток турбіни, де спостерігалися поломки. З'єднання робочих лопаток турбін при підводі тепла від парового потоку знаходиться в умовах нерівномірного нагрівання. За таких умов змінюються фізико-механічні властивості матеріалів і спостерігаються градієнти температури, що викликає неоднакове теплове розширення окремих частин конструкції. Це призводить до температурних напружень, які в поєднанні з механічними напруженнями від зовнішніх навантажень можуть викликати істотну пластичну деформація конструкції, породжувати тріщини або пошкодження конструкцій. Для уточнення розподілу напружень по конструкції замкового з'єднання розв'язується задача з урахуванням температурного поля. Розв’язання задачі здійснюється в термоконтактній постановці з урахуванням впливу теплообміну на передачу зусиль в замковому з'єднанні. Задача контактної взаємодії є істотно нелінійною, і зв'язок температурної задачі із задачею механіки здійснюється через заздалегідь невідомі граничні умови в контакті. Напружений стан і характер контактної взаємодії залежать від розподілу температури, що визначається умовами взаємодії. Розв’язок термоконтактної задачі в замковому з'єднанні базується на застосуванні моделі контактного шару. Зони передбачуваної контактної взаємодії визначаються контактними елементами. Механічна взаємодія поверхонь контакту визначається величиною їхнього взаємного проникнення. Задача розв’язується з використанням методу скінченних елементів, загальне число елементів - 371498. У розглянутій моделі є кілька зон контактної взаємодії: а саме, область дотику штифтів з диском, а також із замковою лопаткою і призамковими лопатками; область дотику опорних площадок хвоста призамкової лопатки і хвостовика диска. У зонах контакту здійснюється згущення сітки. Наведені результати розрахунку у вигляді розподілу температури по замковому з'єднанню. Показано, що має місце перепад температури по радіусу і ширині диска. Температура 533 °С з боку входу пари падає до рівня 525 °С з боку виходу пари. Наводяться результати попередньої оцінки напруженого стану замкового з'єднання робочих лопаток першого ступеня циліндра середнього тиску парової турбіни, які свідчать про значні напруження, здатні викликати пластичну деформацію. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2019-09-24 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/179046 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 22 No. 3 (2019); 36-43 Проблемы машиностроения; Том 22 № 3 (2019); 36-43 Проблеми машинобудування; Том 22 № 3 (2019); 36-43 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/179046/179167 https://journals.uran.ua/jme/article/view/179046/179168 Copyright (c) 2019 Ihor A. Palkov, Mykola H. Shulzhenko https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0

Схожі ресурси