Название статьи:
Численное исследование прочности радиальных турбомашин на основе применения нержавеющей стали 316L
Авторы: Репецкий О.В., доктор технических наук, профессор, проректор по международным связям, Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского, п. Молодежный, Иркутский район, Российская Федерация,
repetckii@igsha.ru,
Хоанг Д.К., аспирант, кафедра электрооборудования и физики, Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского, п. Молодежный, Иркутский район, Российская Федерация,
hoangcuonghd95@gmail.com В рубрике:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Год: 2024 Том: 6 Номер журнала: 1
Страницы: 89-102
Тип статьи: Научная статья
УДК: 519-7
DOI: 10.17150/2713-1734.2024.6(1).89-102
Аннотация:
Нержавеющая сталь 316L обладает хорошими механическими свойствами. Этот материал более подходит для изготовления радиального рабочего колеса турбины по сравнению с другими материалами. Объектом исследований является радиальное рабочее колесо с 10-ю лопатками, изготовленное фирмой Schiele, специализирующейся на производстве агрегатов для химической промышленности и вентиляционного оборудования. В качестве базового метода исследований выбран метод конечных элементов для решения задач собственных и вынужденных колебаний, статических напряжений, а также исследования степени реактивности лопаток радиальных рабочих колес турбомашин. Можно утверждать, что численный анализ прочностных характеристик высоконагруженных элементов турбин с помощью ЭВМ дает большую глубину исследования, широту охватываемых вопросов, значительно сокращает объем дорогостоящих экспериментальных исследований, уменьшит сроки конструирования новых турбин по критериям эффективности, надежности, технологии и ресурсосбережения высоконагруженных агрегатов. В данной работе проведены расчеты характеристик собственных частот колебаний, эквивалентных напряжений, деформаций и степени реактивности лопаток колеса при применения материала нержавеющей стали 316L. Отмечается, что данный материал обеспечивает снижение концентрации напряжений в колесе и собственных частот колебаний, но не приводится к изменению форм колебаний данного колеса. В этой связи, нержавеющую cталь 316L рекомендуется использовать для оценки возможных вариантов при изготовлении данного радиального колеса турбомашины.
Ключевые слова: высоконагруженные элементы, метод конечных элементов, прочность, радиальное колесо, турбомашина
Список цитируемой литературы: - Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин / А.Г. Костюк. - 3-е изд. - Москва : Изд. дом МЭИ, - 2007. - 476 с. - EDN QMJVZV.
- Effect of mistuning and damping on the forced response of a compressor blisk rotor / B. Beirow, A. Kuhhorn, F. Figaschewsky, J. Nipkau. - DOI 10.1115/GT2015-42036 // ASME Turbo Expo 2015 : Turbine Technical Conference and Exposition, Montreal, June 15-19. - Montreal, 2015. - Vol. 7 B. - P. GT2015-42036.
- Hoffmann Т. Single nodal diameter excitation of turbine blades: experimental and theoretical study / Т. Hoffmann, L. Scheidt, J. Wallaschek. - DOI 10.1115/1.4051172 // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. - 2021. - Vol. 143, no. 9.
- Экспериментальное исследование модели автоклава для гидротермального синтеза минералов / Д.А. Еловенко, П.Г. Пимштейн, О.В. Репецкий, Д.В. Татаринов. - EDN MVJNYF // Вестник Байкальского союза стипендиатов DAAD (Байкальский государственный университет экономики и права). - 2010. - № 1. - С. 11-19.
- Когаев В.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность / В.П. Когаев, Н.А. Махутов, А.П. Гусенков - Москва : Машиностроение, 1985. - 224 с. - EDN YMPQSK.
- Automatic numerical analyses and optimization of operating maps applied to a radial compressor / W. Markus, E. Johannes, V. Oliver, L. Ralf // ASME Turbo Expo 2019 : Turbomachinery Technical Conference and Exposition. - 2019. - P. GT2019-91408.
- Analysis of Hysteresis Loops of 316L(N) Stainless Steel under Low Cycle Fatigue Loading Conditions / C.R. Samir, G. Sunil, R. Sandhya, S.K. Ray. - DOI 10.1016/j.proeng.2013.03.237 // Procedia Engineering : 6th International Conference on Creep, Fatigue and Creep-Fatigue Interaction. - 2013. - Vol. 55. - P. 165-170.
- Мяченков В.И. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов / В.И. Мяченков - Москва : Машиностроение, 1989. - 520 с.
- Kaneko Y. Study on the Reduction of the Resonant Stress of Turbine Blades Caused by the Stage Interaction Force (Simultaneous Optimization of Blade Resonant Stress and Amount of Unbalance) / Y. Kaneko, T. Watanabe, T. Furukawa // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. - 2021. - Vol. 143, no. 6.
- Repetsky O.V. Investigation of vibration and fatigue life of mistuned bladed disks / O.V. Repetsky, T.Q. Nguyen, I.N. Ryzhikov. - DOI 10.2991/aime-17.2017.114. - EDN YAOXEL // Proceedings of the international conference actual issues of mechanical engineering 2017 (AIME 2017). - 2017. - Vol. 133. - P. 702-707.
- Repetckii O.V. Physical and mathematical modeling and computer analysis of radial impellers for chemical and power engineering, taking into account ecology / O.V. Repetckii, D.C. Hoang // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. - 2022. - Vol. 990. - P. 012044.
- Борискин О.Ф. Автоматизированные системы расчета колебаний методом конечных элементов / О. Ф. Борискин. - Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, - 1984. - 188 с.
- Repetckii O.V. Fatigue life of radial turbomachines at changing thickness blades taking into account intentional mistuning / O.V. Repetckii, D.C. Hoang // E3S Web of Conferences : XV International Scientific Conference on Precision Agriculture and Agricultural Machinery Industry. - 2022. - Vol. 363. - P. 9.
- Спиридонов Е.К. Расчет и проектирование лопастных насосов : учеб. пособие / Е.К. Спиридонов, Л.С. Прохасько. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 76 с.
- Подольский М.Е. Основное уравнение теории турбин и лопастных машин в пространственной постановке / М.Е. Подольский, С.В. Черенкова, М.А. Иванова. - EDN WHJSHL // Морские интеллектуальные технологии. - 2016. - № 2-1 (32). - С. 95-101.
- Раер Г.А. Динамика и прочность центробежных компрессорных машин / Г.А. Раер. - Ленинград : Машиностроение, 1968. - 260 с.
- Репецкий О.В. Численный анализ собственных частот колебаний и статических напряжений радиальных рабочих колес энергетических турбомашин для АПК / О.В. Репецкий, Д.К. Хоанг. - EDN QCYGNB // Агротехника и энергообеспечение. - 2021. - № 4 (33). - С. 146-157.