Расчетное исследование термопрочности элементов энергетических установок на основе усовершенствованной методики нелинейного анализа тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

смтт-пктЕгг.Уттскии 1 осудлрстветош морской техшческии

УНИВЕРСИТЕТ

Нп правах рукописи

МАХНОВ ВАСИЛИИ ЮРЬЕВИЧ

уда 039.3.П1/Б?9.4

расчетное исследовлшж тЕРмопро'пюстй элементов ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ МЕТОДИКИ НЕЛИНЕЙНОГО АНАДИПА

Специальность: 01.02.04 - Механика деформируемого твердого тола

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Опнкт-ПетерСург 1ЭЭ4

Работа вшюлшна в Акционерном общество турбостроения "Ленинградский Металлический завод".

Научный руководитель:

Научшй консультант:

доктор технических наук, профессор ШАБРОВ H.H.

кандидат технических наук, доцент ИСПОЛОВ К).Г.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор ЕЛИСЕЕВ В.В. кандидат технических наук СОКОЛОВ Д.Ю.

Ведущая организация:

АО "Нисский завод"

Згрита состоится "7^ н Ц.Н>н£. 1994 г. в часов

на заседании специализированного совета Д 053.23.01 при Санкт-Патврбургском государственном морском техническом университете по адресу: 190008, г.Санкт-Петорбург, ул. Лоцманская, д.З. С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке СПбМГТУ.

Автореферат ризослан "/5 " 1994 г.

Учений сэкротьрь специализированного соьэта,

г

к.т.н., доцент у^Ч -Кадаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛБОТЫ

Актуальность проблема. При проектировании узлов энергоустановок, п частности, паровых и газовых турбин предъявляются жесткие требовагмя к качеству проводимых расчетных исследований, без которых невозможно прогнозирование нэдошости и долговечности выпускаемого оборудования. Во многих случаях стандартные инженерные методики не позволяют дать заключение о работоспособности той или иной конструкции, и тогда встает необходимоть применения численных методов расчета, позволяющих учесть все особенности геометрии, свойств материала и условий эксплуатации.

Анализ тирмопрочности подразумевает целый круг задач, в который, в частности, входят стационарная и нестационарная теплопроводность, термоупругость, ползучесть и пластичность. При таких сложных многоступенчатых расчетах требуется постоянный контроль точности и достоверности результатов, так как ошибка хотя бы на одном из этапов может повлечь невер;шй окончательный результат. Вместе п тем, применяемые в настоящее время методы меленного нелинейного анализа не являются достаточно надежными и нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Одним из таких узких мест остается проблема численного интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений п задачах пластичности и ггалзучости. Эта процедура является, по существу, центральной в алгоритме * решения нелинейных задач МДТТ и недостатки, присущие применяемым в настоящее время методам, значительно суяяют возможности программных систем, построенных на их основе. Особенно это проявляется 1грл решении задач с резко выраженными нелинейнос-тнми. Немаловажным моментом также является создание удобного пользовательского интерфейоп, обеспечивающего интерактивный режим работы с компьютером и визуальный контроль обрабатываемой информации. Таким образом, разработка эффективных и падежных методов анализа термонапрякенного состояния является весьм? актуальной задачей.

!. Усовершенствовать традиционную методику решения задачи тер-мо-упругонластичностк путем примчьения новой схемы численного, интегрирования.

2. Разработать алгоритм, реализуащий указанную методику, и специализированную программную систему для анализа термонапрякенно-го состояния осесимметричных и двухмерных конструкций для персонального компьютера, охватывающую следующий круг задач: стационарная и нестационарная теплопроводность, тормоупругость, термопластичность и ползучесть.

3. Провести расчетное исследование ряда узлов турбоустановок, работающих в условиях нелинейного поведения материала.

Научная новизна.

1. Разработан оригинальный алгоритм решения задачи термо-упру-гопластичности, основанный на новой схеме численного интегрирования второго порядка точности. Предлагаемый алгоритм обладает существенными преимуществами по сравнению с традиционными схемами; на его базе построена программная система.

2. Проведены расчетные исследования элементов энергетического оборудования, работающих в условиях высоких температур, в ходе которых получен ряд новых результатов по их напряженно-деформированному состоянию.

Практическая ценность работы. Проведан расчет, позволивший проанализировать причины поломки ротора турбины низкого давления ГТУ-100-750 и выработать мероприятия по модификации конструкции . остальных роторов этой серии. Проделаны расчеты НДС элементов турбины для ТЭС "Топпила" (Финляндия), ободов дисков высокотемпературных ступеней паровых турбин. Разработанная программная система внедрена в акционерном обществе турбостроения "Ленинградский Металлический Завод", в научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры (НИИЭФА), в объединении бумажного и химического машиностроения "Петрозаводскмаш"; используется в учебном процессе физико-механического и энергомашиностроительного факультетов СПбГТУ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были заслушаны на Всероссийском научном семинаре "Проблемы динамики и прочности электро- и энергомашин" (С.-Петербург,18-20 мая 199Яг.); на Всероссийской научно-технической сессии по проблемам газовых турбин (Рыбинск, 7-9 сентября 1993г); сошли как часть доклада на научном семинаре по вычислительной механике, руковс-

димом Дк.Аргирисом, в Штутгартском университета- В' 1>992/93гг.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 130 страниц, в tqnf числа 37 рисунков, 69 наименований в списке литературы.

СОДЕРЖАНИЕ FABOTH

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются основные направления работы.

В первой главо дается обзор современных численных методов и алгоритмов нелинейного анализа конструкций. Хорошо известно, что в нелинейной механике деформируемого твердого тела (МДТТ) аналитические решения имеются лишь для ограниченного числа модельных задач, причем сравнительно несложных. Поэтому на практике широкое распространение получили различные численные методы, в первую очеродь на базе МКЭ. Большой вклад в развитие этих методов внесли работы Дж.Аргириса, 0.Зенкевича, Д.Оуэна и Е.Хин-тона, К.Бэйта, Дж.Одена и др. В нашей стране разработкой этих проблем занимались такие ученые, как Е.М.Морозов, В.А.Постнов, Л.А.Розин, Л.С.Сахаров, Ю.Н.Шевченко и многие другие.

Применение метода конечных элементов (в форме метода псреме-' щений) в упруголластическом анализа приводит к системе уравнрний следующего вида:

KU = R, (1 )

где К - упругопластическая матрица жесткости;

U - вектор скоростей узловых перемещений;

R - вектор скоростей узловых сил.

Уравнение (1) можем переписать, заменив скорости на соответствующие приращения:

"KAU = AR (2)

где % - матрица жесткости, соответствующая состоянию системы в момент времени t;

¿U = - зектор приращений узловых перемещений,

AR = tfAtR -tR - вектор приращений узловых сил.

Решение уравнения (2) должна удовлетворять в любой момзнт

времени условию равновесия:

t+Дt t+Дt

И - Р = 0, (3)

Б - вектор внешних узловых нагрузок в момент 1+А1;

' t+Дt

Р - вектор узловых сил, эквивалентных действующим напряжениям в момент Т.к. ^Р и и известны, то наша задача сводится к нахождению следующего состояния равновесия, соответствующего моменту времени t+Дt. Уравнение (2) линейно относительно малых приращений, для конечных приращеш!Й требуется итерационная процедура. Объединив (2) и (3), получим процедуру решения е видг рекуррентной формулы

ЬьА"Ь ,1 ¡л > t+Дt t+Дt ,л , >

Ки_1,дии' = К- Р(1~1', (4)

с накоплением перемещений

+ (Б)

• В качестве начальных берутся значения, достигнутые в конце прададущего шага. Итерации продолжаются, пока не будет удовлетворен какой-то выбранный критерий сходимости. На каждой итерации производится коррекция вектора внутренних сил:

Р = ЬТ2Н. (6)

а в общем.случае метода Ньютона-Рафсона вычисляется также новое значение матрицы жесткости

К = В^те. (7)

Здесь В - глобальная матрица градиентов, состоящая из блоков для всех элементов в сборке; 2 - глобальная матрица-столбец напряжений в точках

интегрирования Гаусса; Нер- блочная упругопластичеекая матрица для всей

конечно-элементной модели; 1 - мвгрицэ весовых коэффициентов в методе Гаусса.

Однако, Солее вффрктивкым с точки зрения вычислительных затрат 4

является вариант метода с постоянной матрицей. В этом случав единственным фактором, влияпцим нэ точность конечного результат» остается ка гество вычисления напряжений, входящих в выражение для Р (б).. Таким образом, можно утверждать, что эффективное численное интегрирование инкрементальных уравнений является одним из ключевых моментов в вычислительной пластичности. Как показал анализ литературы, методы интегрирования, применяемые в настоящее время, можно разделить на две основные категории:

1. Методы, использупцие "тангенциальную" Формулировку определяющих соотношений (в конечных приращениях).

2. Методы, работающие с уравнениями, записанными в скоростях (вариационная формулировка).

В формулировке касательной жесткости подразумевается постоянство скоростей деформации на прирлщении, тогда как во втором случае такого постоянства априори нет. Второй класс методов объективно более корректен, так как интегрирование инкрементальных уравнений-- производится без дополнительных упрощений и точность решения зависит лишь от точности применяемого метода чис-лонного интегрирования. Предпочтение отдается неявным схемам, дающим большую вободу в выборе шага; чаще других используются обратный метод Эйлера и методы средней точки в различных вариантах. Известно, что при решении "жестких" задач помимо численно« устойчивости, вычислительная процедура долкна удовлетворять условию асимптотической устойчивости. Это требование из упомянутых внша методов выполняется только для обратной схемы Эйлера, которая, однако, имеет первый порядок аппроксимации и плохую сходимость. Из методов средней точки второй порядок точности обеспечивает только метод трапеций, однако он не является асимптотически устойчивым.

Во второй глар; приводится вывод численной процедуры МКЭ в задаче термошшстичнэсти. Рассмотрим основные положения неизо-ттрмической теории пластического течения. Все свойства материала зависят от температуры. Представим тензор деформаций в виде:

еЦ - ЕУ + еЦ + { '

Индекс % означает, что переменная борется в момент времени т..

Для изотропного термоупругого м. териала характеристики которого зависят от температуры, можно записать

Чо =Х^ГВ(ЧВ -Чв - Чв>-

гда ^ ^А* + V в1в0а.г). (10)

Н1;}гв~ М0ТРВДа Гука, ц - коэффициенты Ляпа,

^га = Vх« ~ °гб ~ тепловая деформация,

'се^а - пластическая деформация, 0Д - относительная температура, о^ - средний коэффициент теплового расширения.

Общая форма функции текучести для неизотермических условий и обобщенного случая упрочнонил полагается следущей:

Р= У ( \j.\j.\ ), (11)

т т

где а^,- тензор перепоев поверхности текучести, и ау зависят

от истории нагружения и температуры.

Скорость пластической деформации в соответствии с ассоциированным законом течения определяется как

а1а. .

где "^Л - положительная скалярная переменная, характеризующая пластические свойства материала. Далее выводятся соотношения для ТА для двух моделей упрочнения: изотропного и кинематического.

В модели изотропного упрочнения принимается, что поверхность текучести растет однородно в 9-мерном пространстве напряжений, тогда как центр ее остается фиксированным. Размер поверхности текучести определяется накопленной аффективной пластической деформацией. При распространении на неизотермические условия зависит еще и от мгновенной температуры.

Модель анизотропного упрочнения предполагает, что размер поверхности текучести остается неизменным, а сама поверхность перемещается как жесткое целое в 9-мерном пространстве напряжений. Это перемещешю а^. есть мера упрочнения материала и называется тензором переноса поверхности текучести или добавочным? микронапряжениями. Инкрементальные компоненты а^. судом

полагать линейно зависящими от инкрементальных пластических деформаций - гипотеза кинематического упрочнения.

Запишем совмэстно определяющие уравнения пластичности и условие равновесия сборки конечных элементов, выраженное в (3) и (б):

ВТЯ» = й (13)

2 = Н(Е-Ер-Е11г) (14)

Ёр = /(2,К*,...) (15)

Е = ДО (16)

Здесь Е, Ер, Е**1 - матрицы-столбцы соответственно полной, пластической и топловой деформаций в точках Гаусса для всей конечно-элементной Модели; Ер - скорость пластической деформации; Е* - эффективная пластическая деформация. Подставляя (14) и (16) в (13), и переписывая получившееся уравнение относительно вектора приращений узловых перемещений, получим в итоге следующую процедуру вычислений на шаге. В функции / указаны переменные, которые изменяется в процессе итерации.

КР+Г- + П (О-чх)/^) + аЛ2п+1,Е;+1)] ]

кди = йп(1- Вт2п+11

ип,1= ип+1+

(17)

Здесь п соответствует моменту времени I, а п+1 - времени а - параметр интегрирования в одйопарамэтричвской схеме интегрирования. При а=0 получается явная схема Эйлера, при а=1 -обратная схема Эйлера, промежуточные значения соответствуют различным вариэнтам методов средней точки. При использовании явной схемы интегрирования все вычисления происходят в одном итерационном цикле. Если интегрирование вести по одной из неяпннх схем, о которых говорилось выше, то первые два уравнения в (17) образуют внутренний итерационный цикл, который выполняется во всех точках интегрирования Гаусса, где удовлетворяется условие текучести. Итерации в этом цикле продолжаются, пока не установятся значения 2п+1. Внешний итерационный цикл по вычис- _ Л61ШЮ вектора узловых перемещений продолжается, пока на будет

выполнен некоторый критерий СХОДИМОСТИ.

Далее во второй главе обсуждаются меры по улучшению сходимости решения. Описана процедура ускорения и результаты ее применения ни тестовой задаче. Показано, что в задаче с "радиальным" нагрухением схема расчета с ускорением дает значительный выигрыш в скорости сходимости и более близкое к аналитическому решение.

В третьей главе описывается новая дзухпараметрическая схема численного интегрирования, которую предлагается использовать при построении процедуры решения задачи термопластичности. Этот метод был впервые предложен Ю.Г.Исполовым и Н.Н.Шабровым и успешно применен в анализе нестационарной теплопроводности и ползучести. Предлагаемый метод выгодно отличается от традиционных тем, что имеет второй порядок точности, сохраняя при втом свойство безусловной устойчивости, и вдобьвок обладает асимптотической устойчивостью.

Применительно к системе (13)-(16) новая схема будет выглядеть следующим образом:

КАи = Н^- ВтГп+1»

°п+1= ип+1+ Аи

(18)

^г Сг

ш ' Вп+1- вЧ+1» "п+1=ип+1+Ди

Здесь аир- параметры' интегрирования. Данный алгоритм, в отличие-от схемы (17), содержит два последовательных итерационных

(V »у

цикла. В ходе первого цикла вычисляются Ер, 2, а еэ втором, с ".сь лльзованиом этих ^ промекую'шых величин получаем окончи юлншо значения Ер, II. Д'злее в работе описан .модифицированный ".лз'оритм. ПОЗВОЛЯЮЩИЙ проводить ПС6 ШЧИСЛ1ТШЯ В ОДШМ 'ОТК-

ле. Итоговый алгоритм требует при^рно того же объема вычислений на итерации, что и схема (17).

При тестировании нового метода была решена задача о термо-уп-ругопластическом поведении толстостенной трубы под воздействием внутреннего давления и нестационарного температурного поля. Исследовались три процедуры интегрирования: прямая и обратная схемы Эйлера и новая. По результатам тестовых расчетов можно сделать следующие вывода. При маленьком шаге нагружения все три исследовавшиеся процедуры дают практически одинаковые результаты. При увеличении исходного шага в два и больше раз прямая схема начинает давать неверный результат, обратная схема расходится во внутреннем итерационном цикле. Новый метод при увеличении исходного шага в 10 раз дает решение, практически совпадавдее с базовым, а итоге, суммарные затраты на получение решения при использовании нового метода оказываются в 3-4 раза меньше, чем при традиционном подходе.

Далее были проделаны аналогичные расчеты с применением процедуры ускорения. Оказалось, что в расматриваемом случае эта процедура выигрыша не дает, а при увеличении шага или расходится, или сходится к неверному результату. Этот факт можно объяснить тем, что в данной задаче реализуется сложное нагружение со сменой знака деформаций. По-видимому, процедура ускорения сохраняет эффективность лишь для случаев простого или близкого к простому нагружения.

На основе описанного метода разработвна программная система конечноэлементного анализа термонапряженного состояния осесиммет-ричных и плоских конструкций, в которую, кроме термошшстичности, входят также следующие задачи:

- стационарная и нестационарная теплопроводность;

- упругость и термоупругость;

- ползучесть.

В программных модулях анализа нестационарной теплопроводности и ползучести также реализован описанный выше новый алгоритм численного интегрирования второй степени точности, дающий значительные преимущества в сходимости и точности перед традиционными, методами. Реализованы возможности автоматизированного выбора шага по задо'шой деформации, остановки и возобновления счета (рестарт) в произвольный момент грзмени. В ходе расчета о

О

экране компьютера отображаются в виде цветных образов начальное и текущее поля напряжений, необходимая справочная информация. Для анализа и интерпретации результатов расчета разработан постпроцессор, который включает в себя следующий набор функций:

- построение изолиний и цветного образа полей напряжений, температур и деформаций;

- построение графиков температур, напряжений и деформаций в произвольных сечениях расчетной модели и в произвольных точках в зависимости от времени;

- построение эпюр напряжений и деформаций на поверхностях расчетной модели;

- расчет повреждаемости при анализе ползучести на основе экспериментальных данных по длительной прочности.

Ввод данных осуществляется с помощью имеющегося в системе графического редактора.

В последней части главы показана возможность решения задачи ползучести в рамках представленной программной системы по различным теориям. На примере демонстрируется хорошая точность получаемых результатов.

В четвертой главе приводятся результаты численного исследования термонанряжэнного состояния элементов турбоустановок, проведенных с помощью разработанной программной системы.

Расчет концевой части ротора низкого давления ГТУ-100-750 проводился с целью выявления причин, приведших к разрушению ротора в одной из машин этой серии. В результате проделанных расчетов было обнаружено, что при пусках машины иь холодного состояния, напряжения в зоне так называемых тепловых канавок на роторе достигают опасного уровня, при котором появляются пластические деформации. Это, в свою очередь, приводит к возникновению больших остаточных растягивающих напряжений и накоплению повреждения, инициирующего появление трещины. На рис.1 изображен график изменения осевых напряжений на дне тепловой канавки, по которой произошла поломка ротора. Из рисунка видно, что к моменту выхода на стационарный режим величина остаточных растягивающих напряжений достигает почти 400 МПа. На основании полученных, результатов в СКВ парогазовых установок АО ЛМЗ были выработаны меры по доработке конструкции концевой части, которые осущеот •

Изменение напряжений 6о бремени Ь точке Й

Компонента: ОсеЬые

Координаты точки Я:

К = -27.00 I = 94.68

г

п

I-

/ г.

Изменение напряжении Ьо бремени Ь точке А

Компонента! Интенсивность

Координата точки А'

Р ■= 52.93 ? = 2.18

Л—(

Ч-1-1-*

Ч-1—1

Ч-1-1-У

• - по теории старения + - по теории точения

?ооо

влены на всех остальных подобных ро. pax.

Расчет ротора среднего давления турбины Т-140-М для финской станции "Тонпила" проводился на стадии рабочего проектировать и его целью Сила оценка прочности и повреждаемости ротора при длительной эксплуатации. По результатам расчетов сделен вывод о том, что данная конструкция обладает достаточным запасом длительной прочности.

Напряжения в ободах дисков высокотемпературных ступеней являются одним из Акторов, лимитирующих расчетный ресурс роторов паровых турбин. Вместо с тем опыт эксплуатации показывает достаточную надежность этой конструкции, и поэтому дальнейшее исследование ее НДС представляет большой практический интерес. Были сделаны расчеты полчучести ободов дисков высокотемпературных ступеней турбин мощностью 200 и 800 МВт с использованием теорий старения и течения. Б данных ободах, в зоне Т-образного паза одновременно действуют высокие, свыше 500°С, температуры, и большие механические нагрузки. Расчеты по теории течения показали, что в обоих случаях происходит быстрая релаксация напряжений в зоне концентрации до уровня, при котором выполняется требование по запасу длительной прочности. Проведено сопоставление с результатами, полученными при использовании теории стврения. На рис.2 показана характерная кривая релаксации напряжений в точке на поверхности галтели Т-образного паза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Дальнейшее развитие вычислительных методов нелинейной механики деформируемого твердого тела является актуальной проблемой, которой посвящено большое количество работ как в нашей стране, так и за рубежом. Сделаны обзор и систематизация методов, применяемых в настоящее время в конечнаэлементном упруго-пластическом анализе. На основании исследования традициошга используемых в вычислительной пластичности схем численного интегрирования, делается вывод о том. что эти схем« имеет те или итшг; недостатки, существенно снижапгяе эффективность расчетов.

Z. На Оаче нового двухшчгового метода численного тпьгрщю-

вешия разработан усовершенствованный алгоритм термо-упругоплас-тичаского анализа. Новый метод обеспечивает одновременное выполнение следующих условий: безусловная численная и асимптотическая устойчивость, второй порядок точности, высокая скорость сходимости итераций. Проведено сравнительное исследование работы нового метода и методов Эйлера на тестовых задачах. Сравнение показало значительные преимущество нового метода в сходимости и точности.

3. Разработан-! интегрированная программная система анализа термопрочности, позволяющая проводить расчеты стационарной и нестационарной теплопроводности, термоупругости, ползучести и термопластичности в плоской и осескмметричной постановках на персональном компьютере типа IBM PC/AT. Разработаны средства пред- и ггастпроцессорной обработки данных, дающие возможность пользователю L-цотро и аффективно проводить подготовку исходных данных и анализ полученных результатов.

■1. В процессе эксплуатации разработанной программной системы проведены расчетные исследования, ряда узлов турбоустановок, работающих в условиях m/'хжих темпоритур. Тврмопластичелшй анализ зоны тепловых канавок в концевой части ротора низкого давления ГТУ-100-750 позволил выработать рекомендации по модификации конструкции ротора, которые были осуществленч на всех роторах серии. Проделан расчет НДС зоны ободов дисков высокотемпературных сгупенчй паровых турбин К-8П0-240 и K-200-I30 по различным теориям ползучести, а также роторов паровых турбин.

Б. Разработанная программная сиотеми внедрена и используется в повседневной практике расчетов в акционерном обществе турбостроения "Ленинградский Металлический Завод" - в СКВ "Турбина" и СКВ ПГУ; в научно-исследовательском институте элоктрофизи-ческой аппаратуры (ГОШЭФЛ), в объединении бумажного и химического машиностроения "Петроззводскмаш", а также в учебном процессе в курсе "Вычислительная мехшшка" на физико-механическом, и энергомашиностроительном факультетах С-Петербургского государственного технического университета.

Основные по/жен;ш диссертации r-рчжены в следующих работах:

Шабров H.H., Исполов Ю.Г., Махнов В.Ю. Вычислительные схемы высокой тс) (кости для численного интегрирования нелинейных уравншшй 1з конечноэлементном анализе нестационарной теплопроводное! к, ползучести и термоиластичности//Тезисы докл. Все poet 'Ийс юга научного семинара "Проблемы динамики и прочности элек"ро- и энергомашин". - С.-Петербург, май 1993г.

2. Махнов B.Ö., Уфлянд Г.В., Берсенев С.Б. Расчет температурных напряжений и оценка прочности ротора газовой турбины// Тезисы докл. на Всероссийской научно-технической сессии по проблемам газовых турбин -.Рыбинск, сентябрь 1993г.

3. Шабров H.H., Исполов Ю.Г., Махнов В.Ю. Численное интегрирование уравнений связанной и несвязанной термоупругости и термоьязкоупругости.//Грант Госкомитета РФ по высшему образованию по разделу "Механика", 1994г. .

4. Махнов В.Ю., Уфлянд Г.Б. О характерном разрушений ротора газовой турбины в понб термокомпзнсационной канавки.// Труды СПбИМэш, в печати.

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "АЗЕРЭНЕРЖИ " АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИ 11 Н1СТНТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

I" 1 ^ ОД На правах рукописи

2 Ь ИПР, !Г>07

ГОСИФОВ НУРАЛИ АДИЛЬ оглы.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОРРЕКЦИИ УСТАВОК АРВ ПО УСЛОВИЯМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.14.02. -Электрические станции (электрическая

чаем,)» сети, электроэнергетические системы и управление ими.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

БАКУ - 1997

Работа выполнена в Азербайджанском научно - исследовательском институте Энергетики и Энергетического проектирования.

доктор технических наук, профессор А. М. Гусейнов.

доктор технических наук, профессор А. М. Керимов.

кандидат технических наук доцент А. Д . Зейналов.

Объединенное Диспетчерское Управление Закавказья.

Зашита состоится - и- - " НО?£|1ЬЯ " 1997 г. в час

на заседании специализированного совета Д 004. 26. 01. при Азербайджанском научно - исследовательском институте Энергетики и Энергетического проектирования по адресу: 370602 г. Баку, ул. Зардаби, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Аз.НИИЭ и ЭП.

Автореферат разослан " £.4 "" ОУ-ТЙ^рЬ^" 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ЛАЗЫМОВ Т. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

Актуальность темы. Объединение энергосистем (ЭС) стран с различной топливно-энергетической структурой остается стратегическим направле1шем развития электроэнергетики. В условиях рыночной экономики выгоды от объединения ЭС получают как страны с отрицательным, так и с положительным энергобалансами. <

Азербайджанская ЭС имеет более чем 25-летшш опыт работы в составе Объединенной Энергосистемы Закавказья (ОЭС) и Единой Электроэнергетической Системы (ЕЭЭС) бывшего СССР.

В перспективе на основе дальнейшего развития мсжсистсмных связей будут созданы объединения с другими сопредельными странами (Турция, Иран), странами Причерноморского бассейна с выходом на ЭС Европейских и Центрально-Азиатских стран.

В условиях параллельной работы естественно ужесточение требований к устойчивости работы каждой ЭС. В то же время, вероятность появления аварийных ситуаций, вызванных нарушением устойчивости, в ОЭС увеличивается. Строительство в ОЭС электростанций на основе блоков крупных единичных мощностей с преимущертвенными экономическими характеристиками, но с ухудшенными параметрами с точки зрения влияния на устойчивость, появление "слабых" мсжснстемных связей является тому причиной.

Автоматические регуляторы возбуждения сильного действия ( АРВ-СД), которыми оснащены крупные синхронные генераторы ( СГ), при несоответствии их настроек изменившимся в процессе функционирования и развития ЭС схемно-режимным параметрам системы могут быть причиной колебательных процессов (слабодемпфированных колебаний ) и неустойчивости, трактуемой как нарушение колебательной статической устойчивости (КСУ).

В ЭС, где определяющую роль играют станции большой мощности, работающие на дефицитные приемные системы, актуальна и проблема обеспечения динамической устойчивости (ДУ). Однако, если КСУ должна обеспечиваться для всей ЭС, то ДУ должна рассматриваться и обеспечиваться в отношении этих станций.

В Азербайджане, России, странах ближнего и дальнего зарубежья выполнены значительные исследования по обеспечению режимной надежности ЭС при больших и малых возмущениях, разработаны методы алгоритмы и программы расчетов устойчивости. В то же время они за малым исключением не отвечают требованиям оперативного контроля и управления ЭС.