1. Казанский государственный технический университет
им. А.Н. Туполева
ПРЕЗЕНТАЦИЯ
курса лекций по дисциплине
«Динамика и прочность турбомашин»
Направление 140500 Энергомашиностроение
Специальность 140503 (101400) Газотурбинные,
паротурбинные установки и двигатели
Автор: профессор С.С. Евгеньев
02/26/14
Казань – 2008
1

2. В курсе лекций по дисциплине «Динамика и прочность
турбомашин» рассмотрены современные физические представления и
компьютерные методы расчета НДС элементов турбомашин в составе
турбоустановок. На примере реальных установок рассмотрены силовые
факторы, определяющие надежность, экономичность и причины аварийных
ситуаций. Представлен общий алгоритм решения задачи прочности
конструкций, его применение для элементов турбомашин и рассмотрены
модели форм конструкций, действующих нагрузок, применяемых
материалов, разрушений и расчетных методов. Впервые представлены
компьютерные методы расчетов постоянных и переменных нагрузок и
соответствующих НДС, а также динамических характеристик для роторов.
02/26/14
2

3. Рис. 1.2. Схема электрогенераторной установки с утилизацией энергии выхлопа газовой турбины
КУ – котел утилизатор; Кр – конденсатор; ВН – вакуум – насос; Н – насос подачи конденсата;
Тд – дополнительная турбина электрогенератора ЭГ2
02/26/14
3

4. Рис. 1.3. Схема электрогенераторной установки с приводом от паровой турбины
ЦВД, ЦСД, ЦНД – цилиндры высокого, среднего, низкого давления пара;
ЭГ – электрогенератор; 1 – конденсатный насос; 2 и 3 – выхлопной пар основного
эжектора и эжектора уплотнений; 4 – слив конденсата греющего пара в
конденсатор; 5 – подогреватели низкого давления (ПНД); 6 – пар из уплотнений;
7 – сливной насос; 8 – питательный электронасос (ПЭН); 9 – подогреватели высокого давления (ПВД); 10 – пар на
деаэратор:
свежий пар;
пар отборов;
02/26/14
конденсат;
дренаж4

5. 02/26/14
Рис. 2.1
5

6. 02/26/14
Рис. 2.3. Паровая турбина К–200–130
6

7. 02/26/14
7
Рис. 2.6. Ротор среднего давления (масса ротора 12800 кг)

8. 02/26/14
Рис. 2.18. ЦК сверхвысокого давления
8

9. 02/26/14
Рис. 2.19. ТДА на магнитных подвесах 9

10. 02/26/14
Рис. 2.21
10

11. 1
2
Чертеж РК
4
Координаты проточной части РК из газодинамического расчета
3
Разбивка дисков и лопатки на конечные элементы и
создание топологической матрицы
Выбор линейных функций перемещений узлов в элементе
(зависимость перемещений от координат)
5
6
Запись выражения для полной энергии
блока из n элементов
Минимизация полной энергии V (производные от V по перемещениям равны нулю)
для данного узла и получение для каждого узла системы разрешающих уравнений. Для
N узлов получают систему из 2N уравнений (плоская, или 2-х мерная задача) или 3N
уравнений (3-х мерная задача).
7
8
Решение системы уравнений
перемещений в узлах сетки
и
получение
Определение относительных деформаций (т. е. производных типа
∂u
∂W
εr =
,
ε z = от перемещений по координатам) и далее
∂r
∂z
напряжений, постоянных в каждом элементе (σ=εЕ)
02/26/14
Рис. 8.7. Алгоритм МКЭ для определения НДС РК
(генератор КЭ модели–блоки 1,2,3; система ANSYS–блоки 4÷8)
11

12. 02/26/14
Рис. 9.4. Схема нагрузок, действующих на лопатку
12

13. Рис. 9.13. К расчету замка типа «ласточкин хвост»
а) расчетная схема; б) определение составляющей М1 суммарного изгибающего момента; в) напряжения,
возникающие на боковых гранях; г) направление силы Pj; д) к расчету напряжений в гребнях диска.
Силы: Pj – проекция центробежной силы лопатки на плоскость, перпендикулярную пазу замка (вызывает
растяжение);
Pu – окружная составляющая газовой силы (изгиб лопатки); Pa – осевая составляющая газовой силы (изгиб
02/26/14
13
лопатки).

14. а) диск турбины;
02/26/14
Рис. 10.1. Конструкции дисков ГТД
б) диск компрессора;
в) рабочее колесо радиальной ТМ.
14

15. Рис. 11.1. Схема для расчета осевых сил, действующих на ротор
ГТД
02/26/14
15

16. Рис. 6.7. Собственные колебания лопатки
02/26/14
Рис. 6.8. Собственные колебания лопатки
16

17. Рис. 16.13. Результаты расчета РК ступени 2 БЛД
( β л 2 = 45 , b 2 = 0,068)
02/26/14
по МКЭ fр=1842 Гц для 2 – х узловых диаметров
17

18. АЧХ БДКА2 сечение 2
4,500E-05
4,000E-05
с учетом
гироскопического
момента
3,500E-05
Прогиб (м)
3,000E-05
без учета
гироскопического
момента
2,500E-05
2,000E-05
1,500E-05
1,000E-05
5,000E-06
0,000E+00
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
Частота вращения (об/мин)
02/26/14
Рис. 17.13. АЧХ ротора БДКА2 на жестких опорах
Влияние гироскопических моментов
Сечение 2 – консоль со стороны РК турбины, около подшипника
18
40000