Корпусных элементов

Ортотропные материалы получают укладкой анизотропных элементарных слоев, в качестве которых используют шпон, ткани, первичную нить, ленты, жгуты. Характерной особенностью этих материалов являются их высокие удельные физико-механические свойства в заданных направлениях. Из них изготавливают корпусные конструкции, трубы, оболочки, резервуары, гребные винты различные профильные элементы. Изделия из ортотропных материалов получают методами горячего, контактного или вакуумного формования, намотки, протяжки.

отнести все изделия типа полых тел вращения, подвергаемые внутреннему или внешнему осесимметричному давлению (трубы, резервуары, баллоны, сферы, корпусные конструкции), различные детали корпусных конструкций (шпангоуты, кольца, стрингеры, крышки и т. д.), профильные изделия (уголки, тавры, стержни и д. т.). В этих конструкциях под действием эксплуатационных нагрузок возникает как линейное, так и плоское напряженное состояние. Особенность работы композиционного анизотропного материала в конструкции заключается в том, что оптимальным условием его работы является минимизация уровня напряжений перпендикулярно плоскости армирующих слоев. Это соответствует плоскому или линейному напряженному состоянию, поэтому в настоящей работе не ржхматривается объемное напряженное состояние.

в корпусных конструкциях реакторов анализировались с применением двумерных пространственных конечных элементов, сводящих корпусные конструкции к тонкостенным оболочкам и позволяющих получать усилия, номинальные напряжения и напряжения в зонах действия краевых сил. Применительно к фланцам, зонам патрубков с помощью МКЭ удается решать пространственные объемные задачи (см. рис. 2.7).

§ 1. КОРПУСНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Корпусные конструкции энергетических установок, помимо разнообразия составляющих их элементов и узлов, требующих совместного рассмотрения при расчете напряженного состояния, включают, как показано в гл. 3, большое разнообразие условий их взаимодействия, особенно в узлах разъема фланцевых соединений. Некоторые из этих условий могут быть определены численными методами теории упругости (упругие контактные податливости фланцев) или экспериментально (податливости резьбовых соединений или пластических прокладок); для других условий, существенно влияющих на напряженное состояние всей конструкции, могут быть заданы лишь возможные пределы их изменения (допуски на

§1. Корпусные конструкции............................ 117

Из-за активности перекачиваемого теплоносителя проточная часть ГЦН и корпусные конструкции, контактирующие с теплоносителем, должны иметь соответствующую биологическую защиту. Поэтому обычно ГЦН размещаются, как и другое активное оборудование ЯЭУ, в специальных прочно-плотных боксах с ограниченной доступностью персонала. Условия работы верхней ходовой части ГЦН совместно с приводным электродвигателем * с точки зрения радиационной обстановки допускают различные компоновочные решения.

Применяемые в теплоэнергетике корпусные конструкции представляют собой, как правило, сложные пространственные оболо-чечные конструкции со стенками переменной толщины, с участками сопряжений оболочек разной формы, мощными фланцами горизонтального и вертикального разъема, патрубками, приливами и другими геометрическими особенностями (см. рис. 3.7). Основными факторами, определяющими напряженно-деформированное состояние в процессе эксплуатации таких корпусов, являются переменные температуры и внутреннее давление, воздействующие на фоне весьма высоких температур (до 540° С). Обычно в принятых расчетных методиках корпусные детали турбин рассматриваются как составные осесимметричные оболочки переменной толщины, находящиеся в температурном поле, меняющемся вдоль оси и по радиусу оболочки. С применением таких расчетных методов был проведен анализ температурных напряжений в корпусах стопорных и регулирующих клапанов, а также ЦВД и ЦСД турбин типа К-200-130 [2]. Напряжения определялись по температурным полям, полученным термометриро-ванием корпусов при эксплуатации турбины. Полученные результаты дали общую картину термонапряженного состояния этих корпусов. Они показали, что максимальные напряжения в корпусе стопорного клапана имеют место в подфланцевой зоне, а в корпусах регулирующих клапанов — в месте их приварки .к цилиндру и что наиболее термонапряженной зоной корпуса ЦВД является внутренняя поверхность стенки в зоне регулирующей ступени. Однако отсутствие учета влияния фланцев и других особенностей конструкции в этих расчетах приводит к тому, что полученные результаты не всегда, даже качественно, могут характеризовать термонапряженное состояние корпусов. В связи с этим предлагаются упрощенные методики учета влияния фланцев, в частности основанные на уравнениях для напряженного состояния при плоской деформации; влияние фланца горизонтального разъема ЦВД часто оценивают по теории стержней. Для оценки кольцевых напряжений решается плоская задача при форме контура, соответствующей форме поперечного сечения. При этом рассматри-

Большое влияние на температурное состояние турбины оказывает прогрев фланцевых соединений [11], поэтому во фланцах предусматриваются канавки, а в шпильках — отверстия, к которым подводится обогревающий пар (рис. III.6). Эти устройства способствуют существенному улучшению маневренных свойств ЦВД, особенно в тех случаях, когда фланцы имеют большие размеры и их напряжения ограничивают время пуска всей турбины. В значительно лучших условиях находятся двух-корпусные конструкции ЦВД с потоком пара между корпусами.

распределение потока внутри каждого корпуса определяется в основном подводящими газопроводами, в то время как распределение потока между корпусами — главным образом отводящими газопроводами. Применение мншикирпуспыл электрофильтров определяется желанием отключить отдельные корпуса при работающем блоке для производства ревизии и ремонта. Вследствие этого до и после каждого корпуса обычно устанавливаются шиберы. Следует отметить, что установка таких шиберов не оправдывает себя в эксплуатации, и многие электростанции отказываются от их использования. В ряде стран, как, например, в ГДР. применяются одно-корпусные конструкции на целый блок или его половину без каких-либо отключающих устройств.

понимал не только различные корпусные конструкции для подкрепления брони, но и различные виды соединения броневых плит между собой и крепления их к корпусу. Результатом этих исследований н явился труд «Принципы конструкций бронирования кораблей».

В процессе эксплуатации каталитические нейтрализаторы помимо термических и механических нагрузок могут испытывать серьезные термохимические воздействия компонентов ОГ на элементы конструкции. Поэтому обычные марки листовой стали для изготовления нейтрализаторов не подходят. В наиболее полной мере перечисленным условиям отвечает никельсодержащая нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. Для корпусных элементов менее теплонагру-женных дизельных нейтрализаторов можно применять безникелевые хромистые нержавеющие стали.

Для оценки работоспособности фонтанной арматуры какого-либо месторождения, произведенной одной и той же фирмой и имеющей одинаковый типоразмер, в работах ВНИИГАЗа рекомендуется [138] производить разрезку корпусных деталей и запорных элементов фонтанной арматуры одной из скважин. При этом определяют химический состав и механические свойства материалов, включая ударную вязкость. Принимая во внимание фактические рабочие давления газа и определенные методами толщинометрии значения толщины стенок элементов оборудования, рассчитывают рабочие напряжения в металле корпусных элементов и определяют остаточный ресурс

Конструктивные особенности и анализ характера разрушения телескопического узла газотурбинной установки. Основной элемент телескопического узла, воспринимающего циклические нагрузки, — телескопическое кольцо 1 (рис. 3.1, а) — служит для монтажа корпусных элементов и обеспечивает шарнирное соединение корпуса 2 форсажной камеры с основным корпусом 3 диффузора установки. Такое соединение в цепи оболочечных корпусов газотурбинной установки необходимо, поскольку оно обеспечивает возможность маневра и позволяет исключить передачу изгибающего момента от корпуса 3 корпусу 2, а следовательно, базовому модулю установки.

Нестационарное тепловое состояние телескопического кольца характеризуется семейством кривых (рис. 3.3, б), построенных по результатам термометрирования в точках 1-3 (рис. 3.3, а) в течение характерного периода теплового режима при стендовых испытаниях. Наиболее интенсивно прогреваются тонкостенные оболочки корпусных элементов. Следует подчеркнуть, скорость изменения характерной температуры (кривая 1) телескопического кольца при выходе на стационарный режим, а также скорость охлаждения существенно ниже, чем у соединяемых корпусных деталей (кривые 2 и 3), так что умеренная скорость изменения температуры (около 300 °С/мин) на переходных участках, по-видимому, не вызывает заметных температурных напряжений в кольце.

Повышение эксплуатационных температур и скоростей их изменения приводит к существенному увеличению термомеханических напряжений в конструкциях. В связи с этим увеличивается число отказов вследствие накопления предельных повреждений, в том числе вызванных циклическими температурными воздействиями. Такие отказы характерны для тонкостенных оболочечных корпусных элементов мощных стационарных паровых и газовых турбин, ракетных двигателей, нестационарных газотурбинных установок и т. д. Как правило, эти конструкции имеют фланцевые переходы от детали к детали.

Рис. 4.1. Схема расположения корпусных элементов транспортной газотурбинной

С целью создания оптимальной (по критерию расхода дефицитных материалов) конструкции и использования прогрессивных технологических процессов оболочечные корпусные элементы изготовляют составными из материалов с различными теплофизическими, деформационными и прочностными свойствами. Для изготовления оболочеч-ных конструкций широко применяют сварные стыковые (см. рис. 4.2, а — в и 4.3, б) и нахлесточные (см. рис. 4.2, г — д и 4.3, а) соединения. Конструктивное выполнение оболочечных корпусных элементов предопределяет возможность разрывов в срединной поверхности оболочки вдоль меридиана и по радиусу, например, в сечении сварного шва (см. рис. 4.2, г - д и рис. 4.3, а).

Определение местного упругого НДС в максимально нагруженных зонах оболочечных корпусных элементов с помощью МКЭ. Разбиение переходных зон цилиндрического и сферического корпусов на конечные элементы (рис. 4.30 и 4.31) выполняют с учетом геометрии локальных областей переходной зоны и специфики НДС, определенного с помощью теории оболочек переменной жесткости. В соответствии с особенностями НДС сетку сгущают к наружной и внутренней поверхностям, а также в зонах краевого эффекта и концентрации напряжений (переходная поверхность радиусом г).

Считая, что при упругопластическом деформировании временные процессы не влияют на обобщенную диаграмму деформирования, накопление деформаций за цикл на этапе выдержки для оболочечных цилиндрических корпусных элементов типа II можно оценить по схеме на рис. 4.43.

Сопоставление расчетных Л^р и экспериментальных Л^ э значений долговечности цилиндрических корпусов типов I и II показывает, что их разность находится в пределах естественного разброса данных, характерных для натурных испытаний конструктивных элементов на малоцикловую прочность (рис. 5.4). Степень полученного соответствия указывает на достаточно высокую эффективность предлагаемого метода расчета малоцикловой долговечности тонкостенных оболочечных корпусных элементов с фланцами при термоциклическом нагружении.

КОРПУСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ