Расчет напряженно-деформированного состояния шнека конденсатного электронасосного агрегата КЭНА 1250-250
Назначение конденсатного электроагрегата КЭНА 1250-250 для перекачивания отработанного конденсата в энергоблоке Белоярской АЭС. Определение напряжений и деформаций в лопастной системе шнека, наличие обратного влияния деформации на его характеристику.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.04.2014 |
| Размер файла | 2,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчет напряженно-деформированного состояния шнека конденсатного электронасосного агрегата КЭНА 1250-250
Инженер конструктор III категории
СКБ ЭМ ОАО "Пролетарский завод" Пугачев П.В.
2010 г.
Содержание
- Введение
- 1. Определение физической модели
- 2. Основные исходные данные для расчета
- 3. Расчет с односторонним интерфейсом
- 3.1 Подготовка геометрической модели
- 3.2 Создание расчетных сеток
- 3.3 Задание граничных условий и выполнение расчета
- 3.4 Анализ результатов расчета
- 4. Расчет с двусторонним интерфейсом
- Выводы
Введение
Конденсатный электроагрегатный агрегат КЭНА 1250-250 второй ступени предназначен для перекачивания отработанного конденсата в третьем контуре энергоблока с реакторной установкой БН-800 Белоярской АЭС.
Одним из основных требованием, предъявляемым к конденсатным насосам, является надежная, долговечная работа в условиях наличия частичной кавитации.
Надежная работа КЭНА 1250 - 250 обеспечивается за счет применения шнека, обладающего высокими антикавитационными качествами и достаточным запасом по прочности.
Задачей данной работы было определение напряжений и деформаций в лопастной системе (ЛС) шнека, а также наличия обратного влияния деформации на характеристику шнека.
шнек деформация конденсатный лопастной
1. Определение физической модели
Во время работы насоса на лопасти шнека действуют центробежная сила инерции и подъемная сила, возникающая от перепада давления обусловленного наличием циркуляции вектора скорости вокруг профиля лопасти. Под действием этих сил в теле лопастей возникают напряжения и деформации, величины которых должны определять физическую модель расчета шнека на прочность.
Если деформации лопастей значительны, то неизбежно изменение структуры потока в проточной части шнека, и, следовательно, его характеристики.
Отсюда возникают два подхода к решению данной задачи:
1) Метод расчета с односторонним интерфейсом;
2) Метод расчета с двусторонним интерфейсом (FSI - fluid solid interface).
Первый подход предполагает решение задачи прочности на основе результатов расчета течения в проточной части. То есть одним из исходных данных для расчета на прочность является распределение давления по поверхностям ЛС шнека. Его использование обоснованно, если деформации ЛС незначительны. Этот метод является менее трудоемким и ресурсоемким.
Второй подход предполагает совместное решение задачи прочности и гидродинамики. То есть результаты расчета гидродинамики (в нашем случае распределение давления по лопастям и втулке шнека) также как и в методе 1 являются одним из граничных условий для расчета на прочность, однако после выполнения расчета на прочность происходит изменение геометрии проточной части в соответствии с полученными деформациями. И расчет гидродинамики выполняется заново с измененной расчетной сеткой. Данный процесс осуществляется итерационным путем до достижения требуемых значений критериев сходимости. Этот метод является более трудоемким и ресурсоемким, но физическая модель более приближена к реальности.
2. Основные исходные данные для расчета
В соответствии с техническим заданием на разработку основные показатели назначения для номинального режима работы КЭНА 1250 - 250 представлены в таблице 1.
Таблица 1
|
1 |
Подача, м3/ч |
1250 (0,347) |
|
|
2 |
Напор, м |
250±7 |
|
|
3 |
Допускаемый кавитационный запас, м |
3,5 |
|
|
4 |
Температура перекачиваемой воды,°С |
103 |
|
|
5 |
Максимальное давление на входе в насос, МПа (кгс/см2), не более |
0,24 (2,4) |
|
|
6 |
КПД насоса, % |
83±2 |
|
|
7 |
Частота вращения, об/мин |
1485 |
|
|
8 |
Мощность насоса (при работе на воде с =1000 кг/м3), потребляемая, кВт, не более |
1081 |
Расчетный файл "sh1251”. Диаметр шнека DШ=320 мм, диаметр втулки dВТ=140 мм. Количество лопастей ZШ=3. Основные геометрические характеристики ЛС шнека представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
№ линии тока |
1 |
6 |
9 |
||
|
Угол лопасти на входе |
град. |
12,5 |
17,5 |
25,0 |
|
|
Угол лопасти на выходе |
град. |
20,0 |
27,0 |
33,0 |
|
|
Угол лопасти в плане |
град. |
220 |
249 |
271 |
|
|
Угловое положение входной кромки |
град. |
0 |
-29 |
-51 |
|
|
Густота решетки |
- |
1,9 |
2,2 |
2,6 |
|
|
Количество лопастей |
- |
3 |
Толщина входной кромки мм. Толщина выходной кромки мм. Максимальная толщина профиля по периферийному сечению мм, по втулочному - мм.
3. Расчет с односторонним интерфейсом
3.1 Подготовка геометрической модели
Для расчета шнека были созданы 2 геометрические модели (рис. 1): 1 - для расчета течения; 2 - для расчета на прочность.
Рис. 1. Геометрические модели для расчетов
а) - геометрическая модель для расчета течения
б) - геометрическая модель для расчета на прочность
Обе модели построены в одной системе координат. Поверхности интерфейса "жидкость-металл" имеют одни и те же координаты.
Для экономии вычислительных ресурсов геометрические модели выполнены для сегмента 120 є. Далее будет необходимо задать условия периодичности на соответствующих поверхностях.
3.2 Создание расчетных сеток
Построение конечно-элементной сетки для расчета течения осуществлялось в хорошо зарекомендовавшим себя сеточном генераторе ICEM CFD, обладающим большими функциональными возможностями и удобным пользовательским интерфейсом.
Расчетная сетка для расчета обтекания состояла из ~1445 тыс. элементов. Из них ~1000 тыс. - тетраэдры и ~445 тыс. призматические элементы созданные для достижения равномерной точности расчета в местах быстрого изменения параметров течения, в частности, у стенок: поверхности лопасти, втулки и наружной стенки проточной части. Вблизи входной и выходной кромок производилось сгущение элементов сетки.
Сетка для расчета на прочность создавалась в среде Workbench.
Для уменьшения времени расчета на поверхностях периодичности топология сетки задана идентичной, что позволяет решателю Ansys проводить вычисления без дополнительной интерполяции. Расчетная сетка состояла из ~412 тыс. тетраэдров.
Расчетные сетки представлены на рис. 2.
Рис. 2. Расчетные сетки
3.3 Задание граничных условий и выполнение расчета
Так, как одним из граничных условий для расчета шнека на прочность является распределение давления по его лопастям и втулке, то перед выполнением расчета на прочность осуществляется гидравлический расчет.
Расчет течения в проточной части шнека выполнен в Ansys CFX 12 и ни чем не отличается от стандартного расчета течения в любом элементе проточной части насоса. На входе задавалось полное давление, на выходе - массовый расход, соответствующий номинальному режиму работы. Также задавалась частота вращения шнека (n=1485 об/мин).
На рис. 3. показано распределение давления по поверхностям шнека, полученное по результатам расчета.
Расчет шнека на прочность выполнен методом конечных элементов в среде Workbench v12.1 (Ansys).
На рис. 4 представлен граничные условия для поверхностей модели (поверхности периодичности, импортированные давления, зафиксированная посадочная поверхность втулки и частота вращения шнека).
Рис. 4. Задание граничных условий
3.4 Анализ результатов расчета
Расчетное значение напора шнека по результатам расчета пространственного течения вязкой жидкости составило 9,2 м, гидравлический КПД зШ=89%.
На рис. 5 представлены расчетные значения напряжений в теле шнека, а на рис. 6 - полные деформации.
Рис. 5. Напряжения в теле шнека
Рис. 6. Полные деформации шнека
Из рис. 5 видно, что максимальные напряжения не превышают 14,6 МПа (146 кгс/см2) при пределе текучести материала шнека ут=445 МПа. Таким образом, запас по прочности обеспечен с коэффициентом k=30.
Из рис.6 следует, что максимальные деформации не превышают 0,05 мм.
На основе полученных результатов можно сделать вывод об отсутствии необходимости выполнять расчет шнека в постановке (FSI), т.к. деформации не превышают погрешности изготовления шнека, однако, с целью освоения новой методики расчета (FSI) (которую можно применять для расчетов собственных частот колебаний турбинных лопаток при взаимодействии с потоком газа или пара или при расчете флаттера и т.д.), расчетный цикл все же был проведен.
4. Расчет с двусторонним интерфейсом
Отличия расчета с интерфейсом FSI от простого расчета на прочность в среде Workbench v12.1 заключаются в отсутствии возможности использовании циклической симметрии и как следствие в необходимости использования полных геометрических моделей (рис.7). Данное обстоятельство существенно увеличивало время расчета. А с учетом того, что гидравлический расчет и расчет на прочность выполняются последовательно n раз (n - кол-во итераций), время расчета возрастало на порядок. С целью уменьшения времени расчета размерность сетки модели течения была уменьшена.
Вторым отличием является задание граничного условия "FSI" на поверхностях взаимодействия жидкости со шнеком (в обычном расчете на данные поверхности импортировались распределения давлений) (см. рис. 8).
Рис. 7. Расчетные сетки для анализа в постановке "FSI”
Рис. 8. Граничные условия для структурного анализа в постановке "FSI”
На рис. 9 представлены напряжения в теле шнека, полученные на основе решения задачи в "FSI" постановке.
Рис. 9. Напряжения в теле шнека по результатам "FSI" расчета
На рис. 10 представлены деформации шнека.
Рис. 10. Полные деформации шнека по результатам "FSI" расчета
Результаты расчета в постановке "FSI" практически не отличаются от результата стандартного расчета на прочность.
По результатам расчета в постановке "FSI" значение напора шнека по составило 9,0 м, гидравлический КПД зШ=87%.
Уменьшение напора на 0,2 м (2%) и гидравлического КПД (2%) по результатам расчета в постановке "FSI" можно объяснить более грубой сеткой модели. Уровень потерь в моделях, имеющих большие размеры элементов сетки всегда выше, т.к. они распределены на большем пространстве.
Выводы
1) Был выполнен расчет шнека на прочность с заданием нагрузок от центробежной силы инерции и от подъемной силы, действующей на лопасти шнека, для номинального режима работы. Расчет показал 30 кратный запас по напряжениям в теле шнека.
2) Была освоена новая методика расчета с использованием интерфейса "жидкость-вода" ("FSI”).
3) Результаты расчета доказали отсутствие необходимости учета обратного влияния деформаций в теле шнека на его гидравлические показатели.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Рассматриваются особенности расчета напряженно-деформированного состояния воздухоопорной оболочки методами теории открытых систем (OST) и методами безмоментной теории оболочек (MTS). Сравнение результатов данных расчетов с экспериментальными данными.
контрольная работа [849,2 K], добавлен 31.05.2012Расчет напряженно-деформированного состояния ортотропного покрытия на упругом основании. Распределение напряжений и перемещений в ортотропной полосе на жестком основании. Приближенный расчет напряженного состояния покрытия из композиционного материала.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 13.12.2016Тепловой расчет подогревателя сетевой воды и охладителя конденсата. Подсчет конденсатного бака. Избрание диаметров трубопроводов. Калькуляция и выбор основного и вспомогательного оборудования котельной. Анализ снабжения водоподготовительной установки.
курсовая работа [531,8 K], добавлен 16.09.2017Определение: инвариантов напряженного состояния; главных напряжений; положения главных осей тензора напряжений. Проверка правильности вычисления. Вычисление максимальных касательных напряжений (полного, нормального и касательного) по заданной площадке.
курсовая работа [111,3 K], добавлен 28.11.2009Поведение полей напряжений в окрестности концентраторов дефектов и неоднородностей среды, полостей и включений. Теоретическое решение задачи Кирша. Концентрации напряжений. Экспериментальный метод исследования напряжённо-деформированного состояния.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 24.03.2011Разработка асинхронного электропривода с тиристорным преобразователем частоты с промежуточным звеном постоянного тока для конденсатного насоса и электроснабжение промышленных предприятий. Выбор электродвигателя, его проверка на перегрузочную способность.
курсовая работа [697,1 K], добавлен 05.02.2013Регулирование температуры перегретого пара котельного агрегата за счет подачи конденсата на пароохладитель котла. Перестроение импульсной кривой в кривой разгона, определение параметров котельного агрегата. Структурная схема системы регулирования.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 09.01.2014Физические величины и их измерения. Различие между терминами "контроль" и "измерение". Штриховая мера длины IА-0–200 ГОСТ 12069–90. Параметры для оценки шероховатости. Назначение, типы и параметры угольников поверочных. Измерение деформаций и напряжений.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 28.05.2014Изучение характеристик модели, связанных с инфильтрацией воздуха через материал. Структура материалов тела. Анализ особенностей механизма диффузии. Экспериментальное исследование диффузии, а также методика расчета функции состояния системы с ее учетом.
научная работа [1,3 M], добавлен 11.12.2012Плоское напряженное состояние главных площадок стального кубика. Определение величины нормальных и касательных напряжений по граням; расчет сил, создающих относительные линейные деформации, изменение объема; анализ удельной потенциальной энергии.
контрольная работа [475,5 K], добавлен 28.07.2011Определение напряжений на координатных площадках. Определение основных направляющих косинусов новых осей в старой системе координат. Вычисление нормальных и главных касательных напряжений. Построение треугольника напряжений. Построение диаграмм Мора.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 11.08.2015Теория напряженно-деформированного состояния в точке тела. Связь между напряженным и деформированным состоянием для упругих тел. Основные уравнения и типы задач теории упругости. Принцип возможных перемещений Лагранжа и возможных состояний Кастильяно.
реферат [956,3 K], добавлен 13.11.2011Описание котельного агрегата ГМ-50–1, газового и пароводяного тракта. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания для заданного топлива. Определение параметров баланса, топки, фестона котельного агрегата, принципы распределения теплоты.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 30.03.2015Поверочный расчет котельного агрегата, работающего на природном газе. Сводка конструктивных характеристик агрегата. Топливо, состав и количество продуктов сгорания, их энтальпия. Объемная доля углекислоты и водяных паров по газоходам котельного агрегата.
курсовая работа [706,7 K], добавлен 06.05.2014- Вариант определения напряженно-деформированного состояния упругого тела конечных размеров с трещиной
Изучение процесса разрушения твердых тел при распространении трещины. Возникновение метода конечных элементов. Введение локальной и глобальной нумерации узлов. Рассмотрение модели трещины в виде физического разреза и материального слоя на его продолжении.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 26.12.2014 Подогреватели сетевой воды вертикальные. Расчет средней температуры воды. Определение теплоемкости воды, теплового потока, получаемого водой. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы. Теплофизические параметры конденсата при средней температуре конденсата.
курсовая работа [507,5 K], добавлен 28.11.2012Расчет топочной камеры котельного агрегата. Определение геометрических характеристик топок. Расчет однокамерной топки, действительной температуры на выходе. Расчет конвективных поверхностей нагрева (конвективных пучков котла, водяного экономайзера).
курсовая работа [139,8 K], добавлен 06.06.2013Расчет технологической системы, потребляющей тепловую энергию. Расчет параметров газа, определение объемного расхода. Основные технические параметры теплоутилизаторов, определение количества выработанного конденсата, подбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [112,1 K], добавлен 20.06.2010Методическое указание по вопросам расчётов на прочность при различных нагрузках и видах деформации. Определение напряжения при растяжении (сжатии), определение деформации. Расчеты на прочность при изгибе, кручении. Расчетно-графические работы, задачи.
контрольная работа [2,8 M], добавлен 15.03.2010Постановка нестационарной краевой задачи теплопроводности в системе с прошивной оправкой. Алгоритм решения уравнений теплообмена. Методы оценки термонапряженного состояния. Расчет температурных полей и полей напряжений в оправке при циклическом режиме.
реферат [4,0 M], добавлен 27.05.2010
