Применение специальных расчётных методик при проектировании цельносварных газоплотных конструкций котлоагрегатов
Автор: Курепин М.П., Сербиновский М.Ю.
Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 1 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
Введение. Совершенствование расчётных методик объектов машиностроения - актуальная и востребованная задача. В полной мере это относится и к методикам расчёта на прочность цельносварных газоплотных конструкций котлоагрегатов. Нормативные расчётные методики основаны на упрощённых моделях, имеющих ограниченные возможности для оптимизации этих конструкций. Низкая точность расчёта, присущая таким методикам, неприемлема в условиях реального проектирования, когда перед инженером стоят задачи разработки в сжатые сроки конкурентоспособных конструкций, то есть снижения металлоёмкости при обеспечении прочности этих конструкций и ограниченном времени разработки. Использование упрощенных моделей было оправдано в прошлом, в условиях недостаточного развития компьютерной техники. Применение наиболее совершенных методик, основанных на компьютерном моделировании, позволяет повысить точность расчётов, обеспечить оптимизацию таких конструкций, улучшить качество проектирования. Цель данного исследования - разработка новой специальной методики расчёта на прочность цельносварных газоплотных конструкций, основанной на компьютерном моделировании, с применением наиболее совершенных методик моделирования мембранного экрана и факторов, воздействующих на него. Сопутствующей задачей авторов статьи являлась верификация разработанной методики на основе сравнения результатов расчётов с применением разработанной методики и нормативного метода.Материалы и методы. Разработанная методика основана на замене мембранного экрана ортотропной пластиной или оболочкой. Использованы компьютерное моделирование с применением метода конечных элементов цельносварных газоплотных конструкций и воздействий, которым они подвержены в процессе эксплуатации, а также эффективный метод оценки технического состояния этих конструкций.Результаты исследования. Разработана новая двухэтапная методика расчёта на прочность цельносварных газоплотных конструкций котлоагрегатов, получившая патент на изобретение. Проведено сравнение результатов расчётов по предложенной методике и по нормативному методу. Показано, что предложенная методика позволяет повысить точность моделирования и расчёта. Погрешность расчёта цельносварных газоплотных конструкций котла большой мощности снижена более чем на 30 % для рекомендованных шагов между поясами жесткости. Для подкреплённых специальным образом мембранных экранов с шагами, превышающими допустимые значения, снижение погрешности достигает 70 % и выше.Обсуждение и заключение. Разработанная методика используется при моделировании и расчёте цельносварных газоплотных конструкций. Применение ее позволяет оптимизировать шаг между поясами жесткости конструкции опорных и соединительных узлов газоплотных экранов. По результатам применения двухэтапной расчётной методики были разработаны новые конструкции, получившие патенты на изобретения. Разработанная методика применяется в реальном проектировании котлоагрегатов с 2014 года
Котлоагрегат, цельносварные газоплотные конструкции, мембранные экраны, пластины, оболочки, ортотропные пластины, математическое моделирование, метод конечных элементов
Короткий адрес: https://sciup.org/142240668
IDR: 142240668 | DOI: 10.23947/2687-1653-2024-24-1-48-57
Список литературы Применение специальных расчётных методик при проектировании цельносварных газоплотных конструкций котлоагрегатов
- Курепин М.П., Сербиновский М.Ю., Колесников А.А., Доценко В.Е. Использование 3D-моделирования в автоматизированной системе диагностики технического состояния, оценки прочности и ресурса элементов котлоагрегатов и энергетических установок. В: Материалы II Международной научно-технической конференции «Диагностирование и прогнозирование технического состояния оборудования электростанций». Москва: ОАО «ВТИ»; 2021. С. 48-54. Kurepin MP, Serbinovskiy MYu, Kolesnikov AA, Dotsenko VE. Using 3D Modeling in an Automated System for Diagnosing the Technical Condition, Assessing the Strength and Resource of Components of Boilers and Power Plants. In: Proc. II Int. Sci.-Tech. Conf. "Diagnostics and Forecasting of the Technical Condition of Power Plant Equipment". Moscow: "VTI" OJSC; 2021. P. 48-54. (In Russ.).
- Курепин М.П., Сербиновский М.Ю. Эффективные методики конечно-элементного моделирования сложных конструкций энергетического машиностроения. Современные наукоемкие технологии. 2017;(10): 19-25. URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36822 (дата обращения: 15.12.2023). Kurepin MP, Serbinovskiy MYu. Efficient Methods of Finite-Element Analysis of Energetic Machinery Complex Structures. Modern High Technologies. 2017;(10): 19-25. URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36822 (accessed: 15.12.2023). (In Russ.).
- Gacesa B, Milosevic-Mitic V, Maneski T, Kozak D, Sertic J. Numerical and Experimental Strength Analysis of Fire-Tube Boiler Construction. Tehnicki vjesnik — Technical Gasette. 2011;18(2):237-242. URL: https://www.researchgate.net/publication/265201672 Numerical and experimental strength analysis of fire-tube boiler construction (accessed: 15.12.2023).
- Nagiar HM, Maneski T, Milosevic-Mitic V, Gacesa B, Andelic N. Modeling of the Buckstay System of MembraneWalls in Watertube Boiler Construction. Thermal Science. 2014;18(1):59-72. URL: http://doi.org/10.2298/TSCI120204174N (accessed: 15.12.2023).
- Konjatic P, Dautovic S, Ostojic Z, Sertic J. Seismic Action Influence on the Pressure Parts of the Watertube Steam Boiler Construction. Machines. Technologies. Materials. 2019;13(5):210-213. URL: https://stumejournals.com/journals/mtm/2019/5/210.full.pdf (accessed: 15.12.2023).
- Sertic J, Kozak D, Samardzic I. Calculation of Reaction Forces in the Boiler Supports Using the Method of Equivalent Stiffness of Membrane Wall. The Scientific World Journal. 2014;2014(3):392048. http://doi.org/10.1155/2014/392048
- Sertic J, Kozak D, Damjanovic D, Konjatic P. Homogenization of Steam Boiler Membrane Wall. In: Proc. 7th Int. Congress of Croatian Society of Mechanics. Zagreb: Hrvatsko Drustvo za Mehaniku; 2012. P. 207-208.
- Sertic J, Gelo I, Kozak D, Damjanovic D, Konjatic P. Theoretical Determination of Elasticity Constants for Steam Boiler Membrane Wall as the Structurally Orthotopic Plate. Tehnicki vjesnik — Technical Gazette. 2013;20(4):697-703.
- Kurepin MP, Serbinovskiy MYu. Simulation and Optimization of Water-Wall Tube Panels Design for Power Boilers. MATEC Web Conferences. 2019;298:0011210. URL: http://doi.org/10.1051/matecconf/201929800112 (accessed: 15.12.2023).
- Курепин М.П., Сербиновский М.Ю. Методика расчёта нагрузок на холодную воронку котла. Современные наукоемкие технологии. 2016;(7):32-39. URL: https://toptechnologies.ru/ru/article/view?id=36059&-ysclid=liolq7zv6e178655419 (дата обращения: 15.12.2023). Kurepin MP, Serbinovskiy MYu. Boiler Dry-Bottom Ash Hopper Load Calculation Methods. Modern High Technologies. 2016;(7):32-39. URL: https://toptechnologies.ru/ru/article/view?id=36059&ysclid=liolq7zv6e178655419 (accessed: 15.12.2023). (In Russ.). ts
- Курепин М.П., Сербиновский М.Ю. Моделирование одностороннего нагрева цельносварных экранов котельных агрегатов. Теплоэнергетика. 2017;(3):60-68. https://doi.org/10.1134/S0040363617030055 Kurepin MP, Serbinovskiy MYu. Simulation of One-Sided Heating of Boiler Unit Membrane-Type Water Walls. Thermal Engineering. 2017;(3):60-68. https://doi.org/10.1134/S0040363617030055 (In Russ.).
- Басов К.А. ANSYS: Справочник пользователя. Москва: ДМК Пресс; 2014. 640 с. Basov KA. ANSYS: User Reference. Moscow: DMK Press; 2014. 640 p. (In Russ.).
- Курепин М.П., Сербиновский М.Ю., Иваненко В.В. Способ анализа и оптимизации конструкции котлов с плавниковыми экранами. Патент РФ № 2 568 783 C1. 2015. 17 с. URL: https://patents.s3.yandex.net/ RU2568783C1 20151120.pdf (дата обращения: 15.12.2023). Kurepin MP, Serbinovskij MYu, Ivanenko VV. Analysis and Optimisation of Designs and Boilers with Tube-inSheet Shields. RF Patent No. 2 568 783 C1. 2015. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2568783C1 20151120.pdf (accessed: 15.12.2023). (In Russ.).
- Сербиновский М.Ю., Курепин М.П. Конвективная шахта котла с узлом уплотнения прохода вертикальных труб. Патент РФ № 2 702 3142019 C1. 14 с. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2702314C1 20191007.pdf (дата обращения: 15.12.2023). Serbinovskij MYu, Kurepin MP. Convective Shaft of Boiler with Node for Sealing of Passage of Vertical Pipes. RF Patent No. 2 702 3142019 C1. 2019. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2702314C1 20191007.pdf (accessed: 15.12.2023). (In Russ.).
- Сербиновский М.Ю., Курепин М.П. Мембранный экран парового котла. Патент РФ № 2 668 048 C1. 2018. 14 с. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2668048C1 20180925.pdf (дата обращения: 15.12.2023). Serbinovskij MYu, Kurepin MP. Membrane Screen of Steam Boiler. RF Patent No. 2 668 048 C1. 2018. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU2668048C1 20180925.pdf (accessed: 15.12.2023). (In Russ.).
- Kumar PR, Thiruselvan MG, Babu JM, Rajagopal M. Weight Optimization of Buck Stays using Castellated Beams. International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT). 2014;3(5):200-203.
