ДО ПИТАННЯ ВТОМНОЇ МІЦНОСТІ РОБОЧИХ КОЛІС РАДІАЛЬНО-ОСЬОВИХ ГІДРОТУРБІН
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Унікальні робочі колеса високонапірних гідротурбін мають великі розміри і масу. Їх виготовляють у вигляді зварнолитих конструкцій, в яких верхній обід, нижній обід і кожну лопать відливають окремо, а потім зварюють, а іноді виготовляють цільнолитими. Внаслідок умов роботи гідротурбін окремі частини робочого колеса (лопаті, нижній обід) виготовляють з кавітаційно- та корозійностійких хромистих сталей. Зварна конструкція дозволяє виготовляти робочі колеса комбінованими: деталі, схильні до кавітації, виконують з нержавіючих хромистих сталей, решта – з дешевих малолегованих. Тріщини, зазвичай, починаються у місцях концентрації напруг і після заварювання через деякий час виникають знову. У відлитих як одне ціле робочих колесах також виникають втомні руйнування при експлуатації гідротурбін, які викликані вібрацією агрегату в результаті пульсації тиску потоку води, вихроутворення, кавітації поряд з гідроабразивним зносом. Втомні тріщини і злами частіше за все виникають на вхідній і вихідній кромках лопаті, де на постійно діюче, максимальне від напору води статичне навантаження накладаються динамічні навантаження. Розглянуті методи боротьби з тріщеноутворенням, методика досліджень і моделювання експлуатаційної навантаженості лопатей. Розрахунки робочих коліс на втомну міцність дозволили зробити висновки про їх напружений стан. Проведені натурні і модельні експерименти по визначенню рівнів пульсації тиску в робочих колесах високонапірних радіально-осьових гідротурбін на напір 300 метрів. Результати цих досліджень можуть розглядатися, як вихідні дані для подальшого їх використання в розрахунках на втомну міцність сучасних 3D моделей робочих коліс високонапірних радіально-осьових гідротурбін.
Блок інформації про статтю
Посилання
Doujak E, Stadler S, Fillinger G, Haller F, Maier M, Nocker A, Gaßner J, Unterluggauer J. Fatigue Strength Analysis of a Prototype Francis Turbine in a Multilevel Lifetime Assessment Procedure Part I: Background, Theory and Assessment Procedure Development. Energies. 2022, vol. 15, issue 3, p. 1148. doi: 10.3390/en15031148
Frunzǎverde D., Muntean S., Mǎrginean G., Campian V., Marşavina L., Terzi R., Şerban V. Failure analysis of a Francis turbine runner. 25th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Vol. 12 (20–24 September 2010, Timişoara). Timişoara, 'Politehnica' University of Timişoara Publ., 2010. doi: 10.1088/1755– 1315/12/1/012115
Magnoli M. V. Numerical simulation of pressure oscillations in large Francis turbines at partial and full load operating conditions and their effects on the runner structural behaviour and fatigue life: diss. München, 2014. 267 p.
Thibault D., Trudel A. The IEC 63230: A new standard on the fatigue of hydraulic turbines to help the industry face the energy transition. Available at: https://www.researchgate. net/profile/Denis-Thibault/publication/375635581_The_IEC_63230_A_new_standar_on_the_fatigue_of_hydraulic_turbines_to_help_the_industry_face_ the_ energy_ transition/ links/ 6553dfdfce88b87031e76842/The-IEC- 63230-A-new-standard-on-the-fatigue-of-hydraulic-turbines-to-help- the-industry-face-the-energy-transition.pdf (accessed 20.06.2024).
ASTM E1823-23. Standard terminology relating to fatigue and fracture testing. ASTM International, 2023. 25 p.
Doujak E., Unterluggauer J., Fillinger G., Nocker A., Haller F., Maier M., Stadler S. Fatigue Strength Analysis of a Prototype Francis Turbine in a Multilevel Lifetime Assessment Procedure Part II: Method Application and Numerical Investigation. Energies. 2022, vol. 15, p. 1165. doi: 10.3390/en15031165
Holubyev S. O., Lebid' O. H., Cherniy D. I. Zasoby komp'yuternoho modelyuvannya v haluzi obchyslyuval'noyi hidrodynamiky [Computer modelling tools in the field of computational fluid dynamics]. Matematychne modelyuvannya v ekonomitsi. 2019, no. 2, pp. 21–39. doi: 10.35350/2409-8876-2019-15-2-21-39
Kukhtenkov Yu. M., Nazarenko S. O. Matematychni modeli vzayemodiyi konstruktsiy z ridynoyu ta rozrakhunky na mitsnist' i rezonans lopatevykh hidromashyn [Mathematical models of the interaction of structures with liquid and calculations on the strength and resonance of blade hydraulic machines]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2023, no. 1, pp. 82–86. doi: 10.20998/2411-3441.2023.1.14
Gnitko V., Martynenko O., Vierushkin I., Kononenko Y., Degtyarev K. Coupled Finite and Boundary Element Methods in Fluid-Structure Interaction Problems for Power Machine Units. Advances in Mechanical and Power Engineering. 2022, pp. 283–293. doi: 10.1007/978-3-031-18487-1_29
Trivedi C., Cervantes M. J. Fluid-structure interactions in Francis turbines: A perspective review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017, vol. 68, pp. 87–101.
Weber W., Seidel U. Analysis of natural frequencies of disc-like structures in water environment by coupled fluid-structure- interaction simulation. 6th IAHR International Meeting of the Workgroup ''Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems'' (9–11 September 2015, Ljubljana, Slovenia). Ljubljana, Faculty of Technologies and Systems Publ., 2015, pp. 235–242.
Doujak E., Maly A., Unterluggauer J., Haller F., Maier M., Blasbichler C., Stadler S. Fatigue Strength Analysis of a Prototype Francis Turbine in a Multilevel Lifetime Assessment Procedure
Part III: Instrumentation and Prototype Site Measurement. Energies. 2023, vol. 16, no. 16, p. 6072. doi: 10.3390/en16166072
Feldmann S., Buechele R., Preveden V. Predictive maintenance – From data collection to value creation. Munich, Roland Berger GmbH Publ., 2018. 12 p.
Kverno J., Vefring G., Iliev I., Solemslie B., Dahlhaug O. Challenges with onboard strain measurements on a model Francis turbine runner. Journal of Physics: Conference Series. 2023, vol. 2629, p. 012004. doi: 10.1088/1742-6596/2629/1/012004
Presas A., Luo Y., Zhengwei W., Guo B. Fatigue life estimation of Francis turbines based on experimental strain measurements: Review of the actual data and future trends. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019, vol. 102, pp. 96–110. doi: 10.1016/j.rser.2018.12.001
N ahornyy V. M. Vvedennya v tekhnichnu diahnostyku mashyn [Introduction to technical diagnostics of machines]. Sumy, SumDU Publ., 2011. 483 p.
Panchenko V. O., Husak O. H., Papchenko A. A., Khovans'kyy S. O. Montazh, ekspluatatsiya ta remont hidromashyn i hidropnevmopryvodiv [Installation, operation and repair of hydraulic machines and hydraulic pneumatic drives].Sumy, SumDU Publ., 2015. 151 p.
Kukhtenkov Yu. M. Prystroyi ta zakhody shchodo zmenshennya nyz'kochastotnykh dzhhutovykh pul'satsiy tysku u vidsmoktuyuchykh trubakh zhorstkolopatevykh hidroturbin [Devices and measures to reduce low-frequency bundle pressure pulsations in the suction pipes of rigid-bladed hydroturbines]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2021, no. 1, pp. 74–79. doi: 10.20998/2411-3441.2021.1.09
Kukhtenkov Yu. M. Eksperymental'ni ta rozrakhunkovi doslidzhennya pul'satsiy tysku u radial'no-os'oviy hidroturbyni [Experimental and calculation study of pressure pulsations in the radial-axial hydroturbine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2022, no. 1, pp. 66–70. doi: 10.20998/2411-3441.2022.1.10
Kukhtenkov Yu. M. Metodyky prohnozuvannya nyz'kochastotnykh pul'satsiy tysku u vidsmoktuyuchiy trubi hidroturbiny [Methods of forecasting low-frequency pressure pulsations in the draft tube of a hydroturbine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2020, no. 1, pp. 77–83. doi: 10.20998/2411- 3441.2020.1.11