Назаренко В. В. Дослідження напружено-деформованого стану елементів ротора турбогенераторів з метою обґрунтування підвищення міцності методами тривимірного моделювання

Дисертаційну роботу присвячено створенню методів дослідження напружено-деформованого стану (НДС) елементів ротору турбогенераторів для вирішення актуальних питань щодо підвищення міцності його елементів з розв’язанням сукупності задач термопружності та теплопровідності в тривимірній постановці з використанням методу скінчених елементів (МСЕ). Складність оцінки запасів міцності елементів конструкцій та вузлів турбогенераторів великої потужності під впливом температурних і силових навантажень обумовлена необхідністю комплексного розв'язання температурної та термопружної задач. При проєктуванні бандажного вузла ротора турбогенератора розв'язання цього комплексу задач, пов'язане з визначенням термонапруженого стану конструкцій, ускладнюється наявністю попередніх натягів, впливом температурних полів, що залежать від параметрів роботи систем вентилювання, та багатьох інших факторів. Використання високолегованих сталей із високою твердістю та межею міцності як основного матеріалу бандажних кілець також потребує збільшення натягів, що може викликати появу тріщин у найбільш напружених елементах конструкції. Розв’язання задачі визначення напружено-деформованого стану елементів бандажного вузла при використанні виключно класичних інженерних методів не дозволяє отримати необхідну точність, що пов’язане з неможливістю ефективно враховувати всю сукупність факторів унаслідок наявності їх взаємного комплексного впливу. Було розроблено метод, що дозволяє більш точно розраховувати запаси міцності та визначати необхідні натяги завдяки розв’язанню сукупності задач термопружності та теплопровідності в тривимірній постановці з використанням методу скінченних елементів із передачею початкових і граничних умов між задачами. При проведенні дослідження з використанням розробленого методу були визначені уточнені коефіцієнти запасів міцності елементів бандажного вузла в стані спокою, при номінальній і угонній частотах обертання. Було встановлено, що для основних конструктивних елементів бандажного вузла турбогенератора потужністю 200 МВт мінімальний коефіцієнт запасу міцності при угонній частоті обертання та максимальному натягу становив 1,3. Максимальні контактні напруження (близько 685 МПа) виникають у центруючому кільці при нульовій частоті обертання, мають локальний характер та зосереджені в районі концентратора напружень – отвору. Для всіх режимів напруження не перевищують допустимих значень. При цьому натяги не можуть бути змінені в менший бік у зв’язку з тим, що мінімальний допустимий запас міцності для елементів конструкції бандажного вузла турбогенератора потужністю 200 МВт становить від 1,5 до 1,05 при угонній частоті обертання. В межах представленого дослідження запропоновано новий метод розрахунку НДС елементів та вузлів електричних машин. Особливістю методу стало розв’язання сукупності задач термопружності та теплопровідності у тривимірних постановках із використанням МСЕ з передачею початкових та граничних умов між задачами. Вирішення задачі аналізу напружено-деформованого стану ротора у тривимірній постановці проводилось методом скінченних елементів за допомогою програмного комплексу SolidWorks.