Исследование напряженно-деформированного состояния крепежа фланцевых соединений гидротурбин

Abstract

Разработана методика численного анализа напряженно-деформированного состояния основного крупного силового крепления гидротурбинного оборудования с поворотно-лопастным рабочим колесом при статическом и динамическом нагружении. Моделирование работы фланцевого соединения сведено к формулированию контактной задачи о взаимодействии болта с фланцами. Построены модули программ для конечноэлементного расчета статики и вынужденных колебаний. Выполнены численные исследования статического и динамического напряженно-деформированного состояния силовых болтовых соединений гидротурбины ПЛ40–В–700: вал турбины – рабочее колесо, вал турбины – вал генератора, лопасть – рабочее колесо. Проведены испытания на циклическую усталость цилиндрических образцов в режиме растяжения-сжатия и симметричного изгиба из стали марки 25Х1МФ, используемой для изготовления крепежных деталей. Получены кривые усталости на растяжение-сжатие и изгиб образцов из стали марки 25Х1МФ. Установлено, что при испытаниях на усталость в режиме растяжения-сжатия число циклов до разрушения образца на порядок меньше, чем при испытаниях на плоский симметричный изгиб для одинаковых напряжений.

Розроблено методику чисельного аналізу напружено-деформованого стану основного силового кріплення гідротурбінного обладнання при статичному і динамічному навантаженні. Моделювання роботи фланцевого з’єднання зведено до формулювання контактної задачі про взаємодію болта з фланцями. Виконано числові дослідження статичного і динамічного напружено-деформованого стану силових болтових з’єднань гідротурбіни ПЛ40-В-700: вал турбіни – робоче колесо, вал турбіни - вал генератора, лопать – робоче колесо. Проведено випробування на циклічну втому циліндричних зразків сталі 25Х1МФ

The technique for numerical analysis of the stress-strain state of the main massive load-bearing fastening the hydraulic turbine equipment with Kaplan runner under static and dynamic loading is developed. The flanged connection operation modeling is reduced to formulation of the contact problem of the bolt–flanges interaction. The finite-element program modules to estimate static and forced vibrations are constructed. The numerical investigations of the static and dynamic stress-strain state of the load-bearing bolted connections for hydraulic turbine ПЛ40–В–700: turbine shaft – runner, turbine shaft – generator shaft, blade – runner have been performed. The tests for cycle fatigue of cylindrical test-pieces of steel grade 25Х1МФ used for manufacture of fasteners are accomplished in the modes of tension–compression and symmetric bending. The fatigue curves for strain-compression and bending of the test-pieces made of steel grade 25Х1МФ are obtained. At the fatigue test in tension-compression mode the number of cycles to failure of the sample is less significant compared with the test on a flat symmetrical bending under the same stresses.