Водка О. О. Розробка методів оцінки ресурсу болтових з’єднань робочих коліс поворотно-лопатевих гідротурбін

Об'єкт дослідження: процес накопичення багатоциклової втомної пошкоджуваності у болтових з'єднаннях робочого колеса гідротурбіни, що викликаний перехідними режимами роботи гідроагрегату. Мета досліджень: створення методів оцінки конструкційної міцності та надійності різьбових кріплень в елементах енергетичних машин з урахуванням особливостей технологічного та експлуатаційного навантаження, а також деградації матеріалу; використання розроблених підходів до визначення параметрів надійності та ресурсу болтових з'єднань робочих коліс гідротурбін. Методи досліджень: теоретичною базою дисертації є методи: механіки твердого деформованого тіла; теорії коливань; механіки пошкоджуваності суцільного середовища; теорії ймовірностей та випадкових процесів. Розрахунок НДС болтових з'єднань проводився в рамках методу скінченних елементів. Для проведення експериментальних досліджень використовувались методи тензометрії, вібровимірювання та цифрової обробки сигналів. Теоретичні та практичні результати: Запропонована узагальнена ймовірнісна математична модель накопичення втомної пошкоджуваності для оцінки ресурсу болтових з'єднань, що враховує випадковий характер частоти запусків/зупинок гідроагрегату та деградацію матеріалу. Проведено дослідження закономірності впливу попереднього затягання на ресурс болтового з'єднання. Отримані результати для болтового з'єднання робочого колеса гідротурбіни ПЛ 40-В-700, встановленої на ДніпроГЕС II, показали, що математичне сподівання ресурсу болтового з'єднання з урахуванням випадкового характеру виникнення перехідних процесів, а також деградації матеріалу, становить 31 рік при довірчому інтервалі від 25 до 40 років. Рекомендується проводити заміну болтових з'єднань через 25 років експлуатації гідроагрегату. Наукова новизна: вперше запропоновано ймовірнісну модель накопичення втомної пошкоджуваності, що, на відміну від існуючих, враховує випадковий характер частоти навантаження та процес деградації (старіння) матеріалу. Розроблено новий підхід до аналізу НДС болтових з'єднань робочих коліс гідротурбін, що, на відміну від існуючих, дозволяє врахувати технологію монтажу та особливості експлуатації й базується на застосуванні тривимірних скінченно-елементних моделей з високим ступенем деталізації. На основі розроблених підходів та моделей виявлено закономірності впливу попереднього напруженого стану на ресурс болтових з'єднань робочих коліс гідротурбін. Ступінь в провадження: Результати досліджень впроваджені в практику проектування гідротурбін на ВАТ "Турбоатом" (м. Харків). Комплекс УЛЬТРА-В-I використано для дослідження вібрацій фундаменту турбоагрегату (результати впроваджено на ВАТ "Промбудремонт", м. Донецьк) та для визначення вібраційного стану відцентрових насосів (патент України №u201211397). Сфера використання: результати роботи можуть використовуватись під час конструювання болтових з'єднань для визначення їх проектного та залишкового ресурсу.