Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes
An analysis of the existing and prospective blade seal designs for Kaplan runners was performed. The selected design type provides the maximum ecological safety for Kaplan runners. A 3D model of runner hub sector with the trunnion, inner and outer bushes of blade trunnion was generated taking into a...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/240581 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-240581 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2021-09-30T12:33:58Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Субботин, В. Г. Бураков, А. С. Душин, А. В. Ефименко, В. Н. Коршунов, А. О. Хорев, О. Н. |
| spellingShingle |
Субботин, В. Г. Бураков, А. С. Душин, А. В. Ефименко, В. Н. Коршунов, А. О. Хорев, О. Н. Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes |
| author_facet |
Субботин, В. Г. Бураков, А. С. Душин, А. В. Ефименко, В. Н. Коршунов, А. О. Хорев, О. Н. |
| author_sort |
Субботин, В. Г. |
| title |
Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes |
| title_short |
Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes |
| title_full |
Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes |
| title_fullStr |
Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes |
| title_full_unstemmed |
Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes |
| title_sort |
analysis of stress-strain state and contact pressures on surfaces of kaplan runner blade bearing bronze bushes |
| title_alt |
Анализ напряженно-деформированного состояния и контактных давлений на поверхностях бронзовых втулок подшипника лопасти поворотно-лопастного рабочего колеса Аналіз напружено-деформованого стану та контактних тисків на поверхнях бронзових втулок підшипника лопаті поворотно-лопатевого робочого колеса |
| description |
An analysis of the existing and prospective blade seal designs for Kaplan runners was performed. The selected design type provides the maximum ecological safety for Kaplan runners. A 3D model of runner hub sector with the trunnion, inner and outer bushes of blade trunnion was generated taking into account the cyclic symmetry of the runner design based on the modern automated design engineering system. A diagram of application of external loads from the blade and lever to the given 3D model of the Kaplan runner hub segment was developed. The contact problem was formulated to determine the stress-strain state as well as the contact pressures at the inner and outer bronze bushes of the Kaplan runner blade trunnions in different operating conditions. The problem was formulated for the finite element method, taking into consideration the diagram of external load application and contact restraints to the given 3D model of the Kaplan runner hub sector in the software package for engineering calculations. Using calculation results, principal stress distribution diagrams and the distribution diagram for the contact pressure at the outer and inner bronze bushes of blade trunnions were obtained. Strength calculation results were processed using the data of principal stress distribution diagrams, and the contact pressure values at the inner and outer bronze bushes of blade trunnions were determined. A methodology for further use of the given analytical model in the evaluation of stress-strain state of Kaplan runners involving modern automated design engineering systems and software package for engineering calculations was developed. The comparison of stress-strain states of the blade trunnion bushes was performed for the old and new designs of the Kaplan runner seal. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/240581 |
| work_keys_str_mv |
AT subbotinvg analysisofstressstrainstateandcontactpressuresonsurfacesofkaplanrunnerbladebearingbronzebushes AT burakovas analysisofstressstrainstateandcontactpressuresonsurfacesofkaplanrunnerbladebearingbronzebushes AT dušinav analysisofstressstrainstateandcontactpressuresonsurfacesofkaplanrunnerbladebearingbronzebushes AT efimenkovn analysisofstressstrainstateandcontactpressuresonsurfacesofkaplanrunnerbladebearingbronzebushes AT koršunovao analysisofstressstrainstateandcontactpressuresonsurfacesofkaplanrunnerbladebearingbronzebushes AT horevon analysisofstressstrainstateandcontactpressuresonsurfacesofkaplanrunnerbladebearingbronzebushes AT subbotinvg analiznaprâžennodeformirovannogosostoâniâikontaktnyhdavlenijnapoverhnostâhbronzovyhvtulokpodšipnikalopastipovorotnolopastnogorabočegokolesa AT burakovas analiznaprâžennodeformirovannogosostoâniâikontaktnyhdavlenijnapoverhnostâhbronzovyhvtulokpodšipnikalopastipovorotnolopastnogorabočegokolesa AT dušinav analiznaprâžennodeformirovannogosostoâniâikontaktnyhdavlenijnapoverhnostâhbronzovyhvtulokpodšipnikalopastipovorotnolopastnogorabočegokolesa AT efimenkovn analiznaprâžennodeformirovannogosostoâniâikontaktnyhdavlenijnapoverhnostâhbronzovyhvtulokpodšipnikalopastipovorotnolopastnogorabočegokolesa AT koršunovao analiznaprâžennodeformirovannogosostoâniâikontaktnyhdavlenijnapoverhnostâhbronzovyhvtulokpodšipnikalopastipovorotnolopastnogorabočegokolesa AT horevon analiznaprâžennodeformirovannogosostoâniâikontaktnyhdavlenijnapoverhnostâhbronzovyhvtulokpodšipnikalopastipovorotnolopastnogorabočegokolesa AT subbotinvg analíznapruženodeformovanogostanutakontaktnihtiskívnapoverhnâhbronzovihvtulokpídšipnikalopatípovorotnolopatevogorobočogokolesa AT burakovas analíznapruženodeformovanogostanutakontaktnihtiskívnapoverhnâhbronzovihvtulokpídšipnikalopatípovorotnolopatevogorobočogokolesa AT dušinav analíznapruženodeformovanogostanutakontaktnihtiskívnapoverhnâhbronzovihvtulokpídšipnikalopatípovorotnolopatevogorobočogokolesa AT efimenkovn analíznapruženodeformovanogostanutakontaktnihtiskívnapoverhnâhbronzovihvtulokpídšipnikalopatípovorotnolopatevogorobočogokolesa AT koršunovao analíznapruženodeformovanogostanutakontaktnihtiskívnapoverhnâhbronzovihvtulokpídšipnikalopatípovorotnolopatevogorobočogokolesa AT horevon analíznapruženodeformovanogostanutakontaktnihtiskívnapoverhnâhbronzovihvtulokpídšipnikalopatípovorotnolopatevogorobočogokolesa |
| first_indexed |
2025-07-17T12:02:35Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:02:35Z |
| _version_ |
1850411799421124608 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2405812021-09-30T12:33:58Z Analysis of Stress-Strain State and Contact Pressures on Surfaces of Kaplan Runner Blade Bearing Bronze Bushes Анализ напряженно-деформированного состояния и контактных давлений на поверхностях бронзовых втулок подшипника лопасти поворотно-лопастного рабочего колеса Аналіз напружено-деформованого стану та контактних тисків на поверхнях бронзових втулок підшипника лопаті поворотно-лопатевого робочого колеса Субботин, В. Г. Бураков, А. С. Душин, А. В. Ефименко, В. Н. Коршунов, А. О. Хорев, О. Н. An analysis of the existing and prospective blade seal designs for Kaplan runners was performed. The selected design type provides the maximum ecological safety for Kaplan runners. A 3D model of runner hub sector with the trunnion, inner and outer bushes of blade trunnion was generated taking into account the cyclic symmetry of the runner design based on the modern automated design engineering system. A diagram of application of external loads from the blade and lever to the given 3D model of the Kaplan runner hub segment was developed. The contact problem was formulated to determine the stress-strain state as well as the contact pressures at the inner and outer bronze bushes of the Kaplan runner blade trunnions in different operating conditions. The problem was formulated for the finite element method, taking into consideration the diagram of external load application and contact restraints to the given 3D model of the Kaplan runner hub sector in the software package for engineering calculations. Using calculation results, principal stress distribution diagrams and the distribution diagram for the contact pressure at the outer and inner bronze bushes of blade trunnions were obtained. Strength calculation results were processed using the data of principal stress distribution diagrams, and the contact pressure values at the inner and outer bronze bushes of blade trunnions were determined. A methodology for further use of the given analytical model in the evaluation of stress-strain state of Kaplan runners involving modern automated design engineering systems and software package for engineering calculations was developed. The comparison of stress-strain states of the blade trunnion bushes was performed for the old and new designs of the Kaplan runner seal. Выполнен анализ существующих и перспективных конструкций уплотнения лопастей для рабочих колес поворотно-лопастного типа. Выбранный тип уплотнения обеспечивает максимальную экологичность для рабочих колес поворотно-лопастного типа. Построена трехмерная модель сектора корпуса рабочего колеса с установленной цапфой и внутренней и внешней втулками цапфы лопасти с учетом цикличной симметрии конструкции рабочего колеса на базе современной системы автоматического проектирования. Разработана схема приложения внешних нагрузок от лопасти и рычага на приведенную трехмерную модель сектора корпуса рабочего колеса поворотно-лопастного типа. Осуществлена постановка контактной задачи для определения напряженно-деформированного состояния и контактных давлений внутренней и внешней бронзовых втулок цапфы лопасти поворотно-лопастного рабочего колеса при разных режимах работы. Выполнена постановка задачи для метода конечных элементов с учетом схемы приложения внешних усилий и контактных ограничений на приведенную трехмерную модель сектора корпуса рабочего колеса поворотно-лопастного типа в программном комплексе для осуществления инженерных расчетов. По результатам расчетов получены эпюры распределения главных напряжений и эпюра распределения контактного давления на внешней и внутренней бронзовых втулках цапфы лопасти. Обработаны результаты расчетов на прочность по данным эпюр распределения главных напряжений и определено контактное давление на внутренней и внешней бронзовых втулках цапфы лопасти. Разработана методика для дальнейшего использования приведенной расчетной схемы при оценке напряженно-деформированного состояния деталей рабочих колес поворотно-лопастного типа с использованием современных систем автоматического проектирования и программного комплекса для проведения инженерных расчетов. Выполнено сравнение напряженно-деформированного состояния втулок цапфы лопасти для старой и новой конструкций уплотнения рабочего колеса поворотно-лопастного типа. Виконано аналіз існуючих та перспективних конструкцій ущільнення лопатей для робочих коліс поворотно-лопатевого типу. Обраний тип ущільнення забезпечує максимальну екологічність для робочих коліс поворотно-лопатевого типу. Побудовано тривимірну модель сектора корпусу робочого колеса із встановленою цапфою та внутрішньою і зовнішньою втулками цапфи лопаті з урахуванням циклічної симетрії конструкції робочого колеса на базі сучасної системи автоматичного проектування. Розроблено схему прикладання зовнішніх навантажень від лопаті та важеля на наведену тривимірну модель сектора корпусу робочого колеса поворотно-лопатевого типу. Здійснено постановку контактної задачі для визначення напружено-деформованого стану та контактних тисків внутрішньої та зовнішньої бронзових втулок цапфи лопаті поворотно-лопатевого робочого колеса за різних режимів роботи. Виконано постановку задачі для методу скінченних елементів із урахуванням схеми прикладання зовнішніх навантажень та контактних обмежень на наведену тривимірну модель сектора корпусу робочого колеса поворотно-лопатевого типу у програмному комплексі для виконання інженерних розрахунків. За результатами розрахунків отримано епюри розподілу головних напружень та епюру розподілу контактного тиску на зовнішній та внутрішній бронзових втулках цапфи лопаті. Опрацьовано результати розрахунків на міцність за даними епюр розподілу головних напружень та визначено контактний тиск на внутрішній та зовнішній бронзових втулках цапфи лопаті. Розроблено методику для подальшого використання наведеної розрахункової схеми при оцінці напружено-деформованого стану деталей робочих коліс поворотно-лопатевого типу з використанням сучасних систем автоматичного проектування та програмного комплексу для виконання інженерних розрахунків. Виконано порівняння напружено-деформованого стану втулок цапфи лопаті для старої та нової конструкції ущільнення робочого колеса поворотно-лопатевого типу. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-09-30 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/240581 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 3 (2021): ; 45-51 Проблемы машиностроения; Том 24 № 3 (2021): ; 45-51 Проблеми машинобудування; Том 24 № 3 (2021): ; 45-51 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/240581/238930 https://journals.uran.ua/jme/article/view/240581/238931 Copyright (c) 2021 В. Г. Субботин, А. С. Бураков, А. В. Душин, В. Н. Ефименко, А. О. Коршунов, О. Н. Хорев http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |