Раціональне моделювання кришки гідротурбіни для аналізу міцності

Abstract

Кришка гідротурбіни є просторовою циклічно-симетричною конструкцією, що складається з тонкостінних оболонок обертання, об'єднаних n-ребрами – меридіональними пластинами складної конфігурації. Оскільки кришка являє собою просторову конструкцію, що складається з тонкостінних елементів, застосовується теорія тонких пластин і оболонок. Задача полягає у дослідженні НДС вихідної та модифікованої кришки поворотно–лопатевої гідротурбіни при дії статистичного осесиметричного навантаження і розв'язується методом скінченних елементів. Дослідження НДС таких конструкцій починається з побудови моделі сектору, з яких складається досліджуваний об'єкт. При побудові моделі сектора спочатку задаються ключові точки в площині ребра, за якими будуються лінії, потім створюється модель ребра. Для отримання оболонкових частин конструкції і повної моделі сектору лінії перетину ребра і поверхонь оболонок повертаються за і проти годинникової стрілки на кут 360/(2n), де n – кількість секторів. На границях сусідніх секторів виконуються умови циклічної симетрії. Модель розбивається на скінченні елементи (трикутний пружний оболонковий скінченний елемент з трьома вузлами), після чого на границях з сусідніми секторами вводяться умови циклічної симетрії, а також умови закріплення та навантаження конструкції. Метою роботи є створення методики розрахунку просторових циклічно-симетричних конструкцій (кришки гідротурбіни) з радіальними ребрами. Розрахунки кришки поворотно-лопатевої гідротурбіни виконані для штатного режиму роботи, враховуючи вагові та розподілені гідравлічні навантаження. Виявлено, що у вихідній та модифікованій конструкціях максимальні напруження виникають в ребрах, які розташовані в коробі, де проходять лопатки направляючого апарату та не перевищують допустимих значень. Отримані результати демонструють можливість проведення оптимізації кришок методами нелінійного математичного програмування на стадії проектування з метою поліпшення їх міцності, зниження матеріаломісткості без погіршення експлуатаційних і технологічних характеристик.