Численные исследования динамических характеристик системы турбоагрегат-фундамент тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ХАШИВСКИЙ ДЕККАВНШ ГОЛ1ТЕХН1Ч1Ш УВ1ВЕРСИТЕТ

ЧИСЕЛЫН ДОСШДЩШЯ ДИШПЧт« ХАРАКТЕРИСТИК. СИСТЕМИ ТУРБОАГРЕГАТ - ФУНДАМЕНТ

01.02.06 - данэм!ка, мпда1стъ машин, прилад1в i апаратури

Автореферат даеертацП я а зцобуття науковсго ступзкл кандидата тохШчвих наук

на правах рукошсу

Степчэнко Олексавдр Стан ¡слэвошп

XapKiii-XQStp.

Дксертац1ЕЮ в рукопис

Робота вияонана на кафедр! динам!ки та м!цност! машин Харк-!вськоп> державного пол!техничного ун1верситату

Науковий кор!вник - кандидат техшчних наук, доцент Журавльова Алэфтина МатвПвна

Оф!ц!йн! ошивнти - доктор техн!чних наук, профэсор Воробьев Юр! Я СерПевич

- кандидат твгШчних яаук, доцэнт Зайцев Юр1й 1ванович

Пров!дна орган!зэц!я - НВО "ТУРБОАТОМ", м. Хзрк!в

Зазгаст дасертац!! в 1д0удеться "20" с!чня 1995 року у 100°год. на зас1даян! спец1ад1зовано! вчеяо! рада Д 068.39.08 пр^ ХзркДвсъкому дермавному пол!Т9Хн1чному университет! ( 310002, м.Харк1в-2,ДСП, Бул.Фрунзе,21)

3 дасертац! ею можливо о: юйомитися у б!бл!отец! ун1версктвтэ

Автореферат. poai слэкий " « с/'у.^'Ы 1994р.

Вчений еэкротар спец!зл!ВСБзш! вччно! рада

ртовой В.£

- АстуальШсть проедем л. Велика трудом! ста 1сть I вэрПсть, а часто I Б!дсугн1сть мождгаост! проведения повномаигабких екстри-мвитальних досл!дквнь, при великШ р!гномаштност! копструктивлих р!ьень турбоагрегат!в та фундаментов для тедловюс електростэнщй, обумовлюс актрздьШсть розробок методов 5 пргарамного забезпеченяя для розрахунку ох дапам1чно! нодноото.

V прзтстиц! ггрооктувгапня турбозгрегат1в та фундаментов иорму-ютьея южши дощстимю: дкнамочних податзивостей опор,п!дайпюшз ротору. Ыатодитс, дозволяющее пад1й?о виэначати ц! величина, практично нвмае. Через те, цо елвменти системи турбоагрегат - фундамент розробляються та виготавляюггься р!знши оргашзэщями, методики розрахунку, як! використовуюггься в праосгкц! оороектування» дуда прийлизно оц1пюють динам!чяу взаемодИо елемевт!в системи. Про-те, результата чисельлих натурних вдаробувэнь на ТЕС и АБС показу-юггь значну змону динамочши характеристик елвмеетчв системи у по-ровняиш з розрахунковою при робот! системи в полому.

Особллао великий вшив на данам!чну податлив1сть опор ротору робить цил1ндр низкого'тиску (1Щ> турбони, який являе складау просторову пластинчато - стержюву конструкц!» великих габаритних розморов. Водом! робота, у яких пропонуется оцояювзти впжв чи пружньо-!яерщяних властивостей ЦНТ, як системи умовних мае та жорсткоствй, при розрахунку фундамента, '> чи пружнкх властивостей фундаменту, у вид! систеш зосареджэнних, ¡¡юрсткостей при розрахунку корпусу ЦНТ. Проте одаржати гзэвн! результата при дашн подходах не вдаеться. Тому уявляе практичной! Лотерее розробка ефектиа-но! методики розрахунку стаЩонарвих коллвань системи турбоагрегат

- фундамент з облгкам пруишьо-1 нерц 1 них характеристик ЦНТ турбОоои,

. а тат.ож збудувакня моделд систеш, яка адекватно в1дображае дана-г.<1чну взашод1ю П элемент ¡в. Метою роботи е:

- розробка зйгально! ефективно! методики розрахунку стац!онзрних колйвань склада;« просгорових мехаяочних систем з розподоленими параметрами!

- застосовувэння ц5е! методики до розрахунку власних та вимушених ' колиеэнъ фундаменту, ротору, статорних влвмонт1в турбоагрегату, як систем з розподьтекими параметрами!

- збудування розрахунковоо ыоде.л! системи турбоагрегат-фундамент!

- стБорення комплексу програм и виконання розрахуошв для 'резлытх турбоагрегат¡в;

- анэл!з виливу едэмеотв системи турбоагрегат - фундамент на да- •

- наличн] гюдзтливост! опор ротору.

ХдасоргацШа робота викоаувавась у в1дпов1днсст1.з Посгакаоаг Дэпжстрою•СРСР ,в!д 30.01.88. (ПГП 0.55.08, аавдакня С5.10.02.), Дзр-жашюю НТП ЩШТ Укрэйж 5.1.1. "Високсвфектквпа оЗяадезння для пз-рогазовшс та хазот^ргштх внйргвтнчнях комшэкс!вн, пяаягмя науко-во~д<1Сд{даицъ:ж роб!т, цроБодкуьш: у Харк1вош)ьу Дзрадзисму по-л!техн1чному университет;. .

Язуко&а новизна. В дасергац1йв!Д робот! прошжовааа кодиф!-■ кац1я метод!,' скэтезу форм <М05> та сутрэлешетвого' шдаэда ¡.йтода к!кдавмх ел5мэнт1в з йяочнкм викшзченяям виутр5вя1х парзаатр1в (MCE). '.При вигначанш власних- частот та фэри сугарелэмэнт1в кга-ристовузться традаЩйяа схема МНЕ для шасткнчато-стер;шавуд олв-шнт5в систем и турбоагрегат - фувдзм-энт, 1 метод початкових пара-" ывтр5ь (МШ) для еяемент!в ротору. Проведало зКггавхенля двоз су~ горедемектних п!дход!в i' вибраний пайЯлъи ефэктивШйнйа.

Рсзроблэиий алгоритм рэзрэхуяку власних та вкмудаиих стэц1о-ларних Езземозв'язанют кшшвань ротор is i складяих просторов®: шюстинчато-стершнавих конструкцШ на основ! загального метода.

Здсйут! магией напруйаь ' дои тронутого та пртюкушшо ■ шастинчэтого клндавого елешяту {КЕ) згину i плоско! . задач!, стержневого КЕ згину у деох пяощиаах, скруту, растягу-стаску ! розробдэинй алгоритм розрахунку пзраштр!в -НДС просторов?!^ систем на основ! супэредгыаятого Шдходу.

На основ! анализу влзсвих та вимушиих коливань фундаменту 1 ■ стзторних влеменпз турбоагрегату, а такой саспвт в ц!лому, збу-довава «одедь (жетеми турбоагрзгзт - фундамзнт, яка ураховуе пруш-. ньо-!нерц!йи! характеристики 1ЩТ турб!ни та ротору.

Здобуп практичя! результату для од!як! данам!чних характеристик корпуса ВДТ у систем! турбоагрэгзт - фундамент*

ПевнЗсть результат!в тз висвовк!в дисергац^йяо! робота осно-вув.аеться на використовуваш! ыетод!в теор!! коливань, взр!аЩйних принцип!в та на старанному обгруЕтувзнп! лрийнягиз: до иуда нь при обудуваннх механ!':них тз математичшх моделей досл!дауешх об'ек-tib; на з!ставленн! результатов р!шення тестових задач " з точнкмя методами! на доброму узгодкенн! результзт!в чисельвих р!шень с да-ними натурних випробувзнь виконаних 1Ш0 "ТУРЕОАГОМ" на реальн!й . систем! турбоагрегат - Фундашнт, а такоя використовуванн! апробо-ааниих чисельних м<-лод!в да визвзчання власних частот тз форм.

Пиакгичка ц! тлеть рс*3стк в розроблвн!й методищ та модел!

Biopauiftnoi мiцвоотi системя турбоагрегат - фундамент з

/

урахуванням '¡ружньо-!варц1йниа властивостей статоряшс элементов турбоагрегату 5 вружност! мастильно! плавки Шдашшка ротору. Ро~ зробленким на баз! методики комшюксом npoipan бут пронэденi роз-рахунки холивэнь реально! системи турбоагрегат' - фундамент:

- стац!онарта зимушених коливзнь турбоагрегату R-220-44-3 ПОМ ' ХТЗ на зал!зобетопному- фундамент 1 ï . . "

- дивам1чЕих лодатливостей опор шдшипншэ ротору корпуса ЦНТ турбоагрегату К-220--44-3 ПОАТ ХТЗ.

Результата робота, як1 реал)зован1 у вид! комплексу програм. моделей статорних элемент®в турб}н та системи турбоагрегат - фундамент, прэктичиих рекомепдацШ конструкторам, використовуоться при проекту ванн i турбоагрегат! в, що шдггердауетъся в1дпов1дяиуи актами про упровадаэння.

Апробащя робота. Результата дисертацт ï допов1дались на: M i жреепубл! KSHCbKiй студентоьк1й НТК "Проблемы Шдвиеэння мщюст! елемэнПв машинобуд!вних конструкц!й"('1ермь. 1983р.), Всесоюзяих конференциях по з!брац1йн1й техник! - (Талзв!, 1984р. ,Кобулет!, 1387р. ), lu, v 'РеепусШканських НТК -"Математичне модэловаяня про-цес!в та конструкц1й внергетичних та транспортних установок з систем! ïx летойзтизовзного проектувзння" {Готвальд,1985р.,1988р.), Всесоюзн1й науково-техн 1 чн!й нарад! "Шдвщвння над!йногт! елерге-пгчнш слоруджекь при динам!чнмх впливах" (Москва ,ВДНГ,1987р, ), ceMtiiapî "Сучзсн! проблеми механ1ки та керування в машнобудуван-н1 " <1ркутск, IS88p.), .Всессхш1# науков!й конференцП "Аетоьшги-зац!я досл!дазння, проектувзння та випробування складник технгчии систем" (Калуга, 1989р.), ххт и xxiv Всесоюзних иауковях нарад по проблемзм н!цност! двигун!з ( Москва,1990р.,1992р.), i Mi»народному симпоз!ум! укра!нських !нженнр!в-меяая5к!в (Льв!в,1Э93р.).

Пуйл! КэЩ I. Основний змîcr робота опубл!кований у 9 друкова-них роботах, список яких доведений в"к1нц! реферату.

Обсяг робота. Дисерггац!йна робота складзется з введения, чотирьох роз.цШв та заключения, вккладених на 131 CTopiHui машинописного тексту, списка л i Герату ри з 10? нзгшновань та приела-ду. В роботу включено 42 малюнка та 10 таблиць.

ОСНОВНШ liMICT ЛИСЕРТЛ.ЦИ

В вваденн! улститься оДгрунтування актуальное^! задач!, нау-кова новизна та практкчка ц!нн!сть тем* д!еерг;ац! i. Такпж пригона

окорочена характеристика роботи. • '

Б. перш я глав; проведено виачення становща питания про те-оропгап шегода та результата ексгириметальних досл!дншь данам!ч~ них характеристик фундэмент!в, турб!н, генератор!в, pcrroplB i вза-емозв'язаних систем Ix. Щ»чи питаниями займались Абросimob H.A.,' Аграновеький Г.Г., Бабський Е.Г., Богомолов С".И., Воробьев Ю.С., Глагоьський В.Б., Гуров А.Ф., Довдошэнський В.К., Щуравльова A.M., Крюков К. А., Натанзон В.Я., Поздаяк Е..Я., ФШппов А.П., Фр1дмзн В.М..Шбйшн I.C., Шелковий O.K., Шульженко Н.Г. та 1и. Показан! шревэги та недешки метод!в, пропонусмих вишэперел!Чбнними авторами, обгругговуитгься шреваги суперелементних п!дход!в МКЕ* до р!-шэннн задэчх про коливання системи турбоагрегат - фундамент. Такими питаниями займалшея: Ap^ripic Дж., Бемпток М.С., Гайая Р.Ди., Галагор Р., Зенкевич O.K., Крейг F.f., МакШал П.М., Нагаматс! А., Образцов Н.Ф., PyöiH С., Постнов В.А., Сахаров Л.С., Хайнц P.M., XapxypiM I.Fi., Чанг С.Дш. та 1н. ' •

На основ! проведеного огляду досл!д#ень ставиться задача про збудування модал! та розрахунку стацйяаряих коливань система турбоагрегат - фундамент. ■ ■ . '

У друПй глав! прогонуеться методика розрахунку власних та вимутених коливань складних просторових пластинчато-стершевих ко-кструкцШ на пеанов! суперелементних Шдход!в- МКЕ. Конструкция 'jsjartwiacrbcfl ня гиддонсэдркцП (сушри&швш-и), В шдкоиструкц!ях п'лцучшаъаи crymui вол* в!дпов!дв!' "внутр!шн1М" та мзобн!шпм" вуалэм. Гйд "внутршами" вузлами порозумляюггься так1 вузли, у №и оовшшп с или в!дсутн1 i реакцП зв'язк!в з ¡ншим! сушрел-оментамг зр1вноважвн!. "Зовн^вшми" вузлам! с вуали з'едяаиня шд-юшетрувдй.тз мож.уть буте iraai.

Дли системи, pi шиишя сталих-.стац!онарних гармон!чних виму-амипс колнвакь без тергя мзот тёкий вид:

f М 1 I К 1 = jpj. iin<i»t>, (1)

дэ ¡'Kl, Г MI - В1дпов1дао матриц! mpcTKücTi та мае системи, (ч!, fr'l - BUffioBifiHo ввкторй дискрзтних параметра системи та амшИту-да зовнйпяього наьантажбння. Пшення р!вняння (1) шукаеться у виг-ляд! <^>=(X!sir,(wt> .

В кяпротноБЗШй моди|нкацп судар i лэментноГо шдаоду з . йлочмам ьиклкл10Н(Н:м внутр!аи!2 параметров система розбиваетъея на 1!!дкоьс-фукЦ'i двох TuiiiB : як! апрокснмумться базевими к!нцэвими та по чкям 11роьодоп.ся вдрегонка методом початкових па-

раметр1в. Для сутврелемеита (СЕ) первого типу, яккй використовув-ч-вся для фундаменту та корпусних елемент!в системи, з урахуваьилм прийнятого розд!лу вузл!в, розв'язалк® piBHяння вимупеяих ropw-Hi'iHHx колибань запшаеться таким чином:

Мвв Мзс

М« Мес

Z Z

*-ав вс

ZCB Лс

да

в,с -.число ступен!в вол1 "BHyTpiHHix" та "зовн1сн1х" иузлаз, |rc|- - вектор реакц!й зв'язк1в з 1ншим1 СН.

Записав розклэдання на верхнв та нижню трекутню матриц», г-.э при;«--дурою Холесского, дая матриц; динам!чной ¡корсткост! сутр-иттчтту, р!вияш1я (2) пэретвсрюкггься к вида:

(3)

Розв'язчв рншяная (3)„в5дцос1ш {Хс>-, маем зв'язок м!» сутрвуаяо-вим1 параметрами ;.

Z Z ВН J3C - м L О D О LT RT ii ' а* О • »-

.4 R О «с

(4)

: ■ ' Ису К} = Ь- ~ I R ] [ о 31« ]т] {=<с} = К-} ^ [р'} •

да:С 7- ]Су ~ сушрьуаловэ матриця динзк!чно1 жорстгсост!,

' ipcf =f Л-МВ-З-ЧР.) ~ вектор приведенного зовншкъого ^ 1 > . ^ > нзвантаиення. •

Вкивэтгая трвиутного розкладаиня матриц! даташчно! ¡корспсоггг! дозволяв спростити отчисления супервузлозкх магриць дйп-йшчно! з.орог-кост! та ьжзначання порядкового номеру влаенкх частот сист£'<к.

Сугвр&леметггл дру1гого типу вйкоркстовувалдая для аш.р*жс!ма-ц!I_роторлих елзменПв систеки. Кодивапня ротору розглядалися у двох площкнах j для моделюванкя його були одеряан! мзтриш rwp«so-ду черта сл!дуюч! елеманти: безмэсоз'й пруший стержень к!льцевого--шретилу; мэсовий элемент, який'мае 1н&рц!ю поворота; пШююкк ковзаяня з урахуваняям пружност! масггкиьноТ гаИвки. Для twwwm-ня сил, винккаючих у. гидроданам!чиого Шдшкика ковзаивя на ыас-'тильном.у клшП. булэ використоваяа теоретична модель Е.Поздчлкч. • •' • • 3 умо» р5вновап1 сил та сум?стност1 дефоризцтй у в^заах ъяь» ,мент!г- врольоту ротору, .зз'язок м!ж його ппчаткоаша та К1яаяч«м1 n;;p3MorpSMi одтримашй в такому ввд!:

А* А1а] К]

-- CGj-CG^l-.EGj.tGj

-1,

1 ] [о О Е ][.. I

да - матрица переходу через 1-й елэкент ротору, Ак. - блоки матриц! гареходу через ротор, В1дп0з1дя! теометр1чн><м, ьнутр!шн!м та зовн!шн!м силовим параметрам, п - сдкничний вектор- сгговдань. Перетворив виражоння (Б) до такого виду:

А,.

-4

-1

А А

(6)

одерауем: [2^.(^5] - матрице динам!чЕО? жорсткост! ротору, > вякгори аови!шяього навэнташння <^(<-01, яке

цэнтриситетом даск!в ротору, ! еле мента яких системою р!вност1в: *

спричиняеться' вкс-визнэчашъся такою

[А2а]'[А„] -[А„][А1г] [А,,],

4 - '

о' ^ «а г» т гл

(7)

1+4.

Викориотозування МПП дозволяв одночасно визнатега матрица данам1чно! жорсткост! ротору, яка пот!м стккуеться з сугврелемета-м1, стэтору турбоагрегата одэржамими МКЕ, та вэктор зовнДшнього на- -■вангаакшя, яке сприч-инксться небалансом ротору. При цьому викори-■стовуеться невеликий обсяг пзм'яг!..

Розв'язальне р!вняння вимушеяих колньаиь системи, яка скла-'дэеться з «-суперелеменПв, мае такий; бвд:

. С^^^з {хс} » {рс} V (в)

Супервузлова мэтриця дкнам1чно1 жорсткост! сиетоми [7.с(ь>г >] одер- -аана Шдсумуванняч сушрвузлових матриць динамично* аорсткосг! СЕ обох тил!в, викоризтовучи'примдяп сум1стасст1 пвремШень у грашч-иих вузлах. Здобута матрица дикзмПноТ жорсткост1 сиспемм не мола Сути розв'язанэ в1дносно о>, 1 для о держания амшПтуд ьдаушених ко- : "жвань необх!дно на кожнш частот! будувати сугорзузлову матриц» :■дааэм1чно\ корткост! системи 1 Еир1шувэти сиотэку (8).

" .. Частотна р)вняння система: ¿еКгг'ЧЛэ-о. Для пошуку влас' .яаг частот при цьому суяерелакэнтноиу'п!дходу зикоркотоьуБТЬся ма-. , тод-проб- Число власних частот, як! лежать етзкчв пробно! частота

■ для супарежшктнсх система визнзчэзться ргыгоетыо • г \

М„

м

(9)

1=1

да:м - число властивих частот систоми, м - число в!д'емних д!евт1я та д!атшал! тюрстюран!» матриц! донам!чио! :шрси.ост1 систоми, N. - розшрн!сть матриц! '-го СЕ, д!агоЕзлыП

едсмонти матриц? [й] 1-го СЕ. т - число СЕ. Точп!сть МОЕ ! МКЕ практично однэковь

У другому вариант! сугорелементного Шдходу - модиДикацИ МСФ'КреЯгз-Бемптона, конструкц!я розбивзлэся на шдконструкцП т~ ршого типу. Для.ротору Сули отримзн! матриц! яорткост! ; мае КЕ стордая з мэезми на к!нцях, який ураховуе 1яерц1п повороту, та КЕ - птдзппшжа ковззнпя урахуванням пружяоет! мастидъно? пл!вки.

' Яропонусться такэ зам!на координат(ступен!в волг), в1дгмв!д-яих параметрам виутр!ин!х вузл!л, на нов; - у эгэльнен! координата, зв'язан! м!ж собса через статачв1 форми \а влзен! фср«и СЕ корстао-затисяутого у говншн}х вузлах : •

= [ Т ] \ к где : [ т 3 =

V

с

<10)

дз: [Е] - единична матрица, ¡\'с] = [квс] - матркця стзтач-

виг форм СЕ, ¡V5] - матрица шриих »-влаенкх форм. - вектор

узагалгонених координат СЕ. ...

3 урахуванням <10), р^ьняння (2) мае такия вид:

М„

(11)

Взкгори приведенного зовн!инього навантзаення дрр1ВБИють: Блоки натриць 0Оса та £НЗС» визяачгються такими р!вностями:

£*„]-..! утс с v6! .

Ск«МкссГ-С УСГ[КЮ1С Vе] •

Хм„> ГУТ[мва][75] <13)

i с Мвв] с Vе] * [ г мвс1

[м„]»-1УТ.К.З[Vе] + [мсе]и_сЗ+[ м,,] Внэсл1док ортогонзлъи!ст! власних форм колизань». -матриц! [к^] Тз [М14] мають д!згональниа вид !, .при нораоваетп по матриц! мае

аласних формах СЕ, д!згонзльн! коеф1ц1енти дор1вядагь: к.1 - <«>., ii , jj j

Для визначзння 1ншжс блок is дарэтворених матриць жорсткост! та мае Hsoöxiwto провести ао'численая, вклочаичн обаркешш мэтру- • Hi. Пропонусная ыодаф!кзц!я КОТ використовуе для оберггзннк матриць алгоритм розкладання матриц! дарсткост! СЕ на вархнзо та шиш» трикутп! матриц!, i для блоков матриц! жорсткосП СЕ маемо:

ВО =CL][L]T; [KI;J =[L] [R]' s [KcJ = [R] [L]T • (14)

Матриц! ¡Vе] и [К2а] перетворюемо до такого виду:'

|[ Vе 3 - C[L 3"*С R 3V' ■ _

[С = [ксс]-ER 3T[D 3CR'] ?ов:слэдаю5Я по Холэсскому в'лмагае злачно меншото числа ошрацт, чим обергання магрвдь.

Для системи складея!й з n суперзлемент!в, врзховуетьея сум1сн!сть шремицзнь граничгкх вузлгв 1 те, що су;<а реакций зв'я-зкхв суперелеметчр дертввюз дулю, р!вняння амплитуд вимушешве ко--.дивэнь мае такия евд :

. [ Е <П - мс] ]{оГ'-'с'Г'-'°ы'хсу}Т= {Рс} • " <16)

• &

де хсу - граничн! -тупой 1 волн супврелэменПв, Qt - уззгалътан1 координата i-ro СЭ, i=i+N. з виражоння (IG) видно, шр ■ розм!рп!сть сгсорочзног системи визгачаеться числом ступен!в вол! у гранкчних вузлах та теслом урахоауемих влзених форм СЕ. ■ .

?!шеяня системи л!н!йних р!вяяяь (16) щукаеться ■ у. вигляд! розклэданкя по влзени« формам холиьгнь- системи. При цьому, для от-рямзння амтШтуди на частот! иимушвних холиваяь з дойрою точзКгпо можхиво обнеииться частино» спектру власних частот.

При iPci=o р!в7РШя (16) дав р1Бняяня властное форм: ..

• . [[.П -И[МС] j{öc} = 0, (17)

Бираження (17) с рнвняиня, яке визязчаз стандарту уззгальнену проблему власких знзчень,' тому ьласн! частота та форм и можливо от-римати одой з в! датах метод ¡в.

МСФ, на в!дзнэку Б1д МОЕ, приблизиий сударелемонтШй П1дх!д, . тсян; ctl якого залететь в!д числа ураховуемих форм СЕ.

; Для в'-ганачэша вяаоних частот та форм системи МСФ, в залвж-' EöcTt В1Д роам1рностт -задач!, викордатовувалоя чк метод Якоб!- чи

метод !терац!й в niffipocTopi, пркчому piGQnnn задачи на влэсн1 значения дня niflnpocTopy щукалоея тея методом Якои!. При вкзначпн-Ш власних частот та фор», амглптуд вшукених колизань системи МОЕ дня р!гаешя системи лППЯних р!вняяь викорпстовувався mg год Холес-ского. .

Для зпроксимаЩ i форми кснструкцП застосог.увзлпся: прпмпсу •гний та трикутний пластинчат! КЕ згкку та плоско! задач!, стермга-вий КЕ згияу у двох штампах, ростягу - стиску та скруту, старткя-вий КЕ ротора та КЕ п1даипникз ковзання. Для дэних ICE- отрямяп! матриц!' жорткост! та мае в аналогичному вид!. Приведено -даедення матричь паггруженъ для стержневого та пластинчатих КЕ.

Розроблена ефэктивяа схема збудуватгая СЕ та склздания у систему, яка викоркстовус мИНмальлий обсяг !нформэцп про систему. Запропонований алгоритм екопомного. схову з пзм'ята S0M изтркць короткое?} та мае СЕ, 1 системи в цпюму. Ус! алгоритм»! резжчзора-ы у вид! кошивксу програм ва мов! гч-t.

У трвт!й глав! проводиться aiianis ефективност1 та точзсст! розроблено! методик! досл1д«энкя системи турбоэгрегог-З'УНДэсент на приклад! розрзхуику влэсеих i вимуиених коливань тееторих :-'одз-лой.

Вкконано розрагупок власних коливань стержня та шгаст/лш ups* впрьювэнн! " озбшки на КЕ 1 СЕ, поршяяння з точкич ркйнняу. Дян анал!ау точност! КСФ при .резрзхунку власних. частот п&ютидоггк.: конструкцШ була обрана глодэль жврстко - затиснуто! тю одному беку (копсольнШ) квадрата!!* пластики.' Кбяструкц!я апроксикувалзся три-хутними пластинчатом! ке с-трьсма ступенями в!льпост! у вуза;. Дел дан!й модел! були отрдаап! перш! п'ять власних частот MKS та MCi, при рiзи!it суперелементя!й розбивц1 <2, 3 и 4СЕ).та кшкост! ура-»овусмих форм. Погр1шн!сгь Ш> в1даосно MKF. була меня 15 для х-р-аих чотиргох частот вке при урэхузанп! 2-х Форм для модел! з 2-х СЕ та яо рдн!Я форм! для ковного СЕ у !кяих ■ вэр1экт!в. Рпзбп?ка практично не да с випиву на точн!сть сгсриыаних власних частот. Ана-логичн! результата отриман! 1 для яюрстко-затиснзггого сгерння. ЗдШсненн! тестов! розрахуяк! показали швидку гб!»н!сть МСФ к результатам MKF та високу точнЮТь.

Для оц!нк! точпост! та ефекгганост! запропоновеного ялгорит-му розрахунку вимушвнаих коливань ротору турбоагрегата в систем! ротор - корпус турб!ш - фундамент були проведен! чиселый до&злд-ження критичних швидкостей тестових ротор!в МПП та МКЕ. Результата показали високу ст!Як!сть та точность як МПП, так i МКЕ. '

-Виконано чисолышя анал!з точност! викоржггтауемих несушс- . них пластинчатая КЕ при бизизчзня! параметр!в ЦЦС тестових прямо-кутних .пластин,- як! перебували у плоскому нзпружеяому стан! та п!д дгею нзвэнтаження згаяу. Отрга-'зн! результата показали, що при од- . наковому чкол! ступен1в вол! кîнцепо-элементноI модол! 'шаетиви, ' ■ використовусмий трякутний КЕ дае б!льш точн! . значения ' 'напрувень для задач згину, а прямокутний КЕ - для шюско-напруженого стану. Проте для одеряання Б!рог!дяих параметр!в НДС була потр1бна значке бКпьш дрЮ'на cinca розбиття, Hi и для одэршзнЕя власних частот та форм. Хочн1сть при визначанн! .нанружень стержневши КЕ" ■ залежить т!льки'в!д погриакост! апроксшзцП розпод!леного ыаваятажвкнн.

У четвергifl глав! на основ! анал!зу власних та вшуаюни?: ко- • ливааь елемакт!в реальн!й конструкцИ системк турбоагрегат - фундамент (турбина K-24Q ПОАГ ХТЗ) була збудована модель екстеми в _ ц!лому та виконано розрахунок ï! дакам1чних характеристик.

■ На основ! анализу особлквостей скстеми - сшетр! ï, кгяан!в-ност!'зосерэдаенних фактортв, збудуван! ,к!нцеБЬ-алементн1 модах. 1 скметр!чиих частин елемевт!в турбоагрегату • (корпусу ШТ. кришкк корпусу ЦНТ) та фундаменту. Виконано.доклада® анализ- власних та. вимугаеких коливзнь корпусу ЦНТ для р!зних моделей сдазтрНно! (1/4) частшда, иараметрк ши приведен! у таблиц! 1 (вар!ант! 1+3). Розглядзяо взземезь'язок ошдшгих та згикових кодивань конструкцИ корпусу i вши® мзр крипки корпусу, картера, , конденсатора. При тар1Бкянш результате рбчкелення дая моделей корпусу ЦЙГ з стфошвкоа опором Шдшитшка. та модел! я точно», опорою подаипняка • <табЛ,вар!аят! 2 та 3 в!дпсвшо> був проведений анализ вияиву опори шдаигника' ротору на дингм!чн1 характеристики корпусу та збудо- -г вара строщена стерншева модель И,, яр эаачео зшгадао зэгэяьну роз-. ' «îpHîcTb задач!. Проведений' аяал!з вшшву умов опирэяня на. власн! частота корпуса, роказаи ькйчау даипу шяичш ошшдамх ашших ча . . •• 1 стот; <нзЯ51лыа небезпечних для силами) при варьюзаняз жорсткост! опор, та можлив!сть зм1щення ix до робочого д!апазоиу *гурб1ии.

Збудовэнэ" к'.нцэво-елйментьа модель крипки корпусу ЦКТ та, на ' основ! анал!з.у ï! власних колкваяь при р!эких умовах опиракня, по. казана кесбх¿дн! сть урзхувзння II прушьо-1нерцШих характерно- . ~ тик,' а не' мзеозих, при розрзхуаку сиетеми. • - .■= розрахунок власвж частот та "форм фундаменту . був -викований - трьома мртйдами МКЕ, МСФ та НСЕ. К ! ндево-еавнеигнз модель фувдзме-; ш-у скиадэлэся в 88 КЕ и була розбига на 5 СЕ, загаяьне - летело . ;,стугш1в'волГ —424..При розрахунку МОЕ було узято у якост! трани-

Таблица 1.

Параметри розрэхункозих моделей.

N- ВИД МОДЬ'Л! СИСТЕМ» К»л-ть КБ ¡iiJl-Tt. СЕ Kiji-iь CT . вол i дат ал. Ki." -п. ст. soii суп. иу.« 1

1 КОРПУС UJ-iT СплощиннаЭ 120 22 5ЭО г га

г КОРПУС ЦНТ Сэгин. -ЛЛС.Щ. 15 120 гг еоо •226

3" КОРПУС' 1ЛТ Гэгин. -плащ. 2Э 173 24 120Ü "Э7С

л' MAC СИ ТУРЕОАГР. -ФУНДАМЕНТ <515 Б 424 ' ' 140

5 КОРПУС ЦНТ - ФУНДАМЕНТ язе ю его

6 UHT - ФУНДАМЕНТ 45г 1 4 1334 360

7 РОТОР-ЦНТ+МАССИ-ФУНДАМЕНТ 54г 15 1©Э4 ЗРО

Таблиця Я.

BJiacai частота фундаменту.

wacr М К Е MCE МСФ с % КС <P/hC€

S X 1 5x2 5*3

1 2. 75 2.7 ft. 782 2. SB4 2. 953 ö. 2

g IS. 07 le.ea i Э. 1 22 1 S. 033 1 Э. 048 1. О

3 21. IS .075 22. oee 21. 4SS 21. 392 1. 4V

4 24. 49 24.23 25. 025 24. 524 24, 322 О. 2«

5 24.04 24. 575 25. 281 24. &53 24. eofi 0. .1. ß

G as. is 25. oes 25. 4G6 25. 132 25. 10Ö О. 17

7 25.-21 25. 13 25. cae 25. 232 25. IBS с гз

Ö 25. 4в as. 4 2C. OBI 25. era 25. БЙ О. 73

В £S. S2 23. eos 2C. 53S 25. SÖ7 25. 321 0. 42

Ю ES. Г4,3 23. 835 27. 2Ö. 022 23. 013 0.

11 2ts. 035 ге. oi 20. 417 26. 277 2G. 25Ö О. Р4

12 ге.48 26.125 2Э. B&4 2S. 54 26. 34 О. S9

53 26. QS5 2в. 2ä3 31. 193 2S. 61 7 2S. 58 1. 1

чних 140 ступен!в вол}, а при розрэхуяку КСФ - 63 ступень* вЛи t число >раховуг>лк? форм.- Взсулыатм розршуику перших 13-ти ••гаттт приведен! у таблиц! 2. Ча<з обчигаюння одао! влэсяо! частота на ША EC-104S був для НСФ - близько 10 секунд, дтя МОЕ - 191 с^кун-.т.. Анал!з резулътат!в показав: ври зиачяому скорочвЕн1 рг.з«1рчо«т} „розрахунково! систеии р!вияняь МС<5 збвр1гае добру точкить ж. пз частотам, так i по формам; МСФ пэхазуе высок/ эдаидисгь

результате ; час обчислення одаПе власно! частот МСФ бтлъш Шщ на 1'юрядо;; «опт чи» ПСЕ.

Для оЩтга впливу еламентIв' системи на данам!ку системи турбоагрегат - фундамент в щлому та остаточно! доробгси модел1 системи, виконаяо розрахунок вимуиеяих коливаиь чотирьох р!знйх моделей . системи. Розглядалися так! модвл! : фундамент - маси турбоагрегату! Фундамент - корпус ЦНТ} фундамент - корпус ЦНТ - кришка корпусу ! Фундамент - корпус ЦНТ - кринка корпусу - маси збудяика, гене-»' ' раторз та ЦВТ. Парзметри модедай приведен!, у таблиц! 1 <вар!анти 4*7). Иор1 итлъшй анэл!з результат!в показав, остання мотель най-б!льш адекватно вгдобрзжуе динамгку системи. Розроблена к!нцэво -елекантнэ кодель сЯметричяо! (1/3) чзстини реально! системи турбоагрегат-фундамент (парзметри приведен! у 1-аблщ!-1, вар-!ант 7), з • урзхувзниям пружяьо-?нерц!йних властивостей ВДТ зобрзженз на мзлю-. . яку 1. Модель ураховуе стаютрш конструкцИ уздовнг ос! ротору. Фундамент I Щ1Г апроксимуйться стержневши та пластиячатими КЕ. Збудиик х-анератора, генератор, цил]ндр високого тиску (ЦВД) урэховуються у вид! зоеередаэних мэр, розм5щэних у точках опиранпя на фундамент. К{ т^зо-влемечтна модель системи розбивалася на 14 сушрелчмешЧв: 5 СЕ фундаменту, 4 СЕ кришки корпусу ЦНТ, 5'СЕ корпусу 1Ш. . . - ■

-- > Для дансго турбоагрегату !Ш0 "ТУРБОАТОМ" були проведен!на-турнЬ Би лробувэния по визвэчанню данам!чних годатливостей ' опор. - корпусу ЦНТ. Граф!кк амгштудао-чаототних ■ зэлежностей доя точок •на опорах п!дшигашка иображен! на малюяку ?., да Л!н!я 1 в!дпов!дае .. читальням результатам, а 2 - ексшрименталькш. Чисельн! результа- • ти получен! без урятування .торття. Валичияи &одатлйЭост»й ■у ■ шкрояах на т^ну ( 10" см / З.ЗхЮ'Н), а частот у Герг^х. Величи-ни податливостея отриман! чисачьним шляхом мэкггь ф!зкчну рац!ю т!~ лъкк при частотах в!ддалених в!д дияяки резонансу. При пор1вняни! рэзрахункових' величин подэтэтвостей та отримзних . шляхом випробу-ваяЕЯ, вежливо товорэти про практичнкй зб!г: Пор!впяния величин тйзг'нмених частот, отримзних при ексдаршенту та ■ розрахунку по.. кэй.Т ¡о, цо лрактичио ус!-гаоиюш1 влаент частота, отрикан! чкеелъ-яин юй'хом,.'мзють в!да>в$да1 !м вшцюбувалып рвзонанси; величина 'гЛдкосъо! по1"р!иност!; дежеть в межах Я * 10%, абсолютна потр!ш-Ысть 0.5 * 2.5Гц. 5 урахувднням погр!шност! експершж'у ' мандате» гоьор:тги прю добру 5б!кн!сть результат!в, *

Отриязн! 'результат розрахукку реально! йойструтаЦ! п!дгьер-. додать, и,о розробдан-4) модель та алгоригм розрэгуняу 'ыо^уть' бути

використован! для оц!нки динэм!чно! м1цност1 системи тухбоагрегат ~ фундамент на стад!! лроектувэння.

У заклх>ченн1 приведен! основн 5 висновки по робот!, а у приклад! - аяти про упровадаення результат!в робота.

О С Н О В Н I В И'С Н О В К И

1) Розроблена методака розрахунку вибрац!йно} м!цност1 системи турбоагрегат - фундамент на основ! ззпропонованих модифткацШ методу синтезу форм, та сутюрелементного п!дходу МКЕ з блочким виключенням внутр1иних параметр!в, як! знэчно зншують час обчислення та обе яг використовуемо! пам'яП.

2) Алгоритм анал!зу динам!чних характеристик та параметр!в НДС просторових плзстинчато-стержневих конструкц!й реал!зований у ввд! програм нэ мов! pl-i для ЕОМ cepia ес и vax, а також на мов! ос для ЕОМ ibm-pc-at. Основн! програм«! модул! увиверезлш! ! можуть пристосовуватися для разрзхунку р!зних. корпусних конструкцШ.

3) Правильн!сть розроблених алгоритм!в та давность . результат!в розрахунку перев!рена шляхом гор!вняння з результатами розрэхунк!в виконаних ¡ншимй методами на р!зних тестових моделях.

4) Виконано чисельний анал!з данам!чних характеристик едеменПв •системи турбоагрегат - фундамент ; рамного фундаменту, 'корпусу ЦНТ турб!ни, кршки корпусу ЦНТ. Визначвн! фактори, як! справдяэть вшив на дияам!чн! характеристики корпусу в систем! турбоагк-дат -фундамент.'

5) Збудевзна «одаль системи турбоагрегат - фундамент, яка ураховув upymbQ-impmmi характеристики ЦНТ т.урб!ни та ротору, з також пружнЮТь-мзетильно! шивки Шдшипиикэ. Виконано розрахунок виму-йввих сталих коливань системи без уцахуваяня тергя при дп сил небалансу ротору. '

6) Г!ор!вняння чисельних результат!в, ■ глримэяих при . розрахунку розроблених моделей систоми гурбозгрогат - фундамент, з роьульта тами натурних випробувань показало добру збшшеть, як величин, ре-, зонансних частот, так 1. данам1чних годатливостей опор шдаипника.

7) Результата теоретичних досл!^!»,, методика та программ розрахунку упровадаен! в роботу проектувальишив НПО "ТУРБОАТОМ"." Одер-жаний ©коном!чний ефехт, що Шдгвердруеться зкгами об упровздаев-Hi. .

Í-Ü'JPAXMHKOBA МОДЕЛЬ СИПТЕИИ ТЫРБОЙГРЕГЙТ ФУНДАМЕНТ

: '.ас? г знерауору

паса цнт i

ыаса КВТ ,

Мая.1.

йчз для ипори щдампнииа.

rU

■V h

Ъг Х1ГЫ-у......

_ U-Ьун.......-I...................

i •

'lb" >« te . » ft fei

Mel il . 2 .

•'i

V

AT:.......

"I

a

/ (

/VI !

"la ■ il ______Ö).

40 SI (9 WaJ

Список poo'1т по тем! дгеертад! ?

1) Sypysj!äBa'A.!i..K'o:üi1X3ßb Л.С..Стоггчепко A.C. Шедковыя С.К. Ис-слодоващо дтажических характеристик: пластиичэто-стер'лкового корпуса низкого давления" паровой турбкзы. //Иов.ВИИлГ Веденеева. -XSSSr, BunЛ Я?.-С,&3-5S.

2) йурэвлэва А.М.,Кожухарь Л. С. .Степченко A.C. Еэ.^окля O.K. 11с.-слодсе&низ дтадаггоеккх харзкторист.и различных моделей корпусов какого дашшяя турбин иатодсм сугврэломонтоз. //^иаюжз и прочность мятш.-Харьков :Вкца ик. ,Ш>7г. -Вып.48. -С.10-13.

3) Степченко A.C..Шелковый O.K. О точности пластинчатых конечных элементов при определении частотных характеристик и параметров ?ЩС//Дшгвяика'и прочность машин.-Харьков: Вица ик. ,158?г.—Еып.45, -С.71-75. ■ -

4) Степчешсо А.С.Определение собственных частот фундамента турбоагрегата методом с'лнтезз фор),1//Хзрък.лодатехн.ин-т.Харьков 1993.-■ 16с. :ил.-Библлшгр:7 вззв.-Рус.-Деп. в УкрШТЗИ 01.03.93, N307 -УкЯЯ.

5) йурав^ава A.M., Степченко A.C. Сушрэлэнентныя комплекс прог-ра?«< для анализа динамики и. иапрякёшю-дэфориированого состояния турбоагрегата и фундамента. //Совращенные проблемы механики и управления в машиностроении. Тез. докладов сем.-Иркутск. 198ч>г, -С.9.

8) йуравлава А.5;1. ,Степченко А.С.Иселадоанке динамических характеристик системы турбозгрегат-фундэмеш7/Тезиси докладов xxiu Всесоюзного- научного, совещания по проблемам прочности деигателей, Москва, 1990г.-C.S1-92. i

7) (Куравлева А.И. .Степченко А.С.Определение собственных частот и форм системы ротор - корпус турбины - фундамент методом синтеза фор.1//Тезисы докладов xxiv научного совещания по '.проблемам, проч-воста дашга-Гелей,Москва, 1992г.-С.25.

3) Йуравлъова A.M. Степченко О.С.Пор}вяяльний анал!з супереле-мэнпгах л!дход1в МКЕ при чисельних досл{дданнях дшзм5чних характеристик склэдаих просторових конструктй//1 М!жнародаий екмаозгум укра1нських 1 кжеявр í в-нехан1кIв у Львов1.Тези дошв!дей.Травень 1&-20.1993,Льв1в,Укра1на.-С.109-110.

9) Степченко А.С.Исследование совместных колебаний системы фундамент - корпус низкого даал8Ния//Мзтематическое моделирование процессов и конструкций снергегических и транспортных установок в системе их автоматизированного проектирования:.Тезисы докладов V Республиканской научна- технической кснферсгшдйй,Готвальд,сентябрь Í9R8T.-Харьков: 196S. --С.1Ш. ^ •

АННОТАЦИЯ

Стзпчешю А.С.Численные исследования динамических характеристик

системы турбоагрегат-фундат-чнт.

Диссергацйя на соискания ученей степени кандагата технических наук по специальности Ql.fi2.06 - динамика, прочность машш, приборов и аппаратура. Харьковский Гос. гол. ун-тет,Харьков,1994г. Защищается рукопись в которая предлагается методика и модель для расчета динамических характеристик системы турбоагрегат-фундамент. ' В основу методика положены двз модификации сударэлаыентого подхода МКЭ: метод синтеза форм и метод блочного исключения внутренних па-рэметров суперэлементов. Проведена сравнительная оценка двух ¡методов при расчетах моделей элементов системы. Результаты расчета динамических характеристик предложеиой модели системы турбоагрегат-фундамент сравниваются с результатами натурных испытаний.

Киочов! сяоза : динэм!чна м1цн1сть,власнэ частота, власна форма, в>мушен1 колмвання, напруаэно-даформований стая, юнцэвий еле мент, супврелемент, турбоагрегат; цилпщр низького тиску турб!ки, фуЕдамент, ротор, шдаипник.

'Stepchenko A. C. Numerical reseacli the dynamic characters of turbllie - fundament system

Thesis on the scienific degree of candidate of technical sciences on speciality 01.02.OS - dynamic, strength of machln, device and apparatus Kharkov's State-Pol. Univ. , Kharkov, 1994. The type-scrip). is defended for proposing the model of turbllie fundament system and the methodic for dynamic characters one is obtained. In of methodic modification the two supelemets

rtpproach of f. ,ite-eieii >nt method have been taked : '.the substructure modal synthesis. and algebraic reduced, of Interface iiegrses of freedom for supeieinent.. The culculated results for models of parts of system are compared for both approach. The i-utcubit eil dynamic characters of turbllie - fundament system are . •> pared fur vlUi uxperliw .tal ones of real system..

ANOTATION

t