Технология высокочастотного индукционного нагрева насадных деталей роторов турбогенераторов и паровых турбин

• Автор: Пищалев, Константин Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава Е МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ "ИНДУКТОР -

НАСАДНАЯ ДЕТАЛЬ - ВАЛ"

ЕЕ Постановка задачи моделирования

1.2. Принципы разработки и структура компьютерной модели

1.3. Выбор программных средств моделирования

1.4. Конечно-элементная сетка и шаг дискретизации во времени

1.5. Оценка погрешностей моделирования

1.5.1. Решение электромагнитной задачи по первой гармонике

1.5.2. Особенности постановки термопрочностной задачи
1.5.3. Оценка погрешности моделирования насадных деталей при горизонтальном положении вала в двумерной осесимметричной постановке
1.6. Выводы по главе
Глава 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА БАНДАЖНЫХ КОЛЕЦ РОТОРОВ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ ПРИ МОНТАЖЕ И ДЕМОНТАЖЕ
2.1. Геометрия и материалы системы "индуктор - бандажное кольцо -зубцы ротора"
2.2. Постановка задачи
2.3. Исследования модели процесса нагрева при монтаже и демонтаже бандажного кольца ротора турбогенератора ТЗВ
2.4. Технология высокочастотного индукционного нагрева бандажных колец ротора турбогенератора ТЗВ-1200-2 при монтаже и демонтаже
2.5. Экспериментальные данные
2.6. Выводы по главе

Глава 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА РАБОЧИХ КОЛЁС ПАРОВЫХ ТУРБИН
ПРИ МОНТАЖЕ И ДЕМОНТАЖЕ
3.1. Геометрия и материалы системы "индуктор - рабочее колесо турбины -вал ротора турбины"
3.2. Постановка задачи
3.3. Исследования модели процесса нагрева при демонтаже рабочих колёс ротора низкого давления паровой турбины к-3
3.4. Технология высокочастотного индукционного нагрева рабочих колёс паровой турбины к-300-240 при монтаже и демонтаже
3.5. Экспериментальные данные
3.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Высокие рабочие обороты, большая масса и условия работы (прежде всего тепловые) электрических машин, используемых на электростанциях накладывают определённые требования к используемым в них соединениям. При соединении с использованием крепежа крепёж работает на срез и на растяжение от центробежных сил, кроме того отверстия ослабляют конструкцию, а вследствие локализации крепления происходит концентрация напряжений. В то же время использование сварки ограничивает ремонтопригодность, а изготовление цельных изделий (как, например, откованных заодно с ротором рабочих колёс на роторах высокого давления) дорого и не всегда представляется возможным. Поэтому для сопряжения ответственных деталей широко применяется посадка с натягом, когда внутренний диаметр насадной детали меньше наружного диаметра вала на величину натяга [1]. Прессовая посадка массивных деталей помимо требования больших усилий при монтаже не обеспечивает достаточного натяга для удержания деталей на рабочих или, тем более, угонных оборотах. Таким образом, для монтажа на вал особо ответственных деталей, таких как бандажные кольца турбогенераторов, соединительные полумуфты, рабочие колёса турбин, вентиляторы центробежные и центрирующие кольца, оптимальным выбором является горячая посадка, обеспечивающая достаточную прочность соединений при максимально равномерном распределении напряжений по сопрягаемым поверхностям.
Традиционно при монтаже детали нагреваются в печах, газовых или электрических, газовыми или керосиновыми горелками, либо на промышленной частоте. При демонтаже нагрев производится горелками либо индукционным способом на частоте 50 Гц [2].
Тепловые деформации сами по себе не вызывают напряжений, напряжения возникают из-за неравномерного распределения тепловых

1.5.2. Особенности постановки термопрочностной задачи -
Включение индуктора и изоляции между индуктором и деталью в термопрочностной анализ значительно усложняет решение задачи, в первую очередь при нагреве немагнитных деталей индуктором-лентой — разные коэффициенты теплового расширения используемых материалов (титановых или алюминиевых сплавов либо нержавеющих сталей для бандажных колец, асбестовой бумаги для изоляции и электротехнической меди для индукторов) и, в общем-то, различные температуры составных частей системы "индуктор - деталь" при нагреве повлекут проскальзывания, учёт которых связан с решением требовательной к ресурсам контактной задачи; кроме того, изменение геометрии потребует перестройки сетки в электромагнитной задаче. Очевидно, что как в механической, так и в электромагнитной задачах учёт изменения положения индуктора при нагреве не требуется в силу малости перемещений относительно размеров нагреваемых крупногабаритных деталей. В то же время в тепловой задаче индуктор оказывает влияние на динамику процесса нагрева, главным образом за счёт выделяемой в нём мощности потерь (тепловое сопротивление и теплоёмкость тонкой ленты малы), и его исключение должно быть обосновано.
Тестовые расчёты проводились для того же объекта, на котором исследовалась погрешность расчёта по первой гармонике и во временной области в случае немагнитной детали и широкого одновиткового индуктора-ленты. Для этого последовательно решены электромагнитная и тепловая задачи для двух случаев — в первом в тепловой задаче учтены как труба, так и индуктор с изоляцией, во втором - только труба. Для обоих случаев рассчитаны два временных интервала по часу длительности каждый - на протяжении первого индукционной системой потребляется 20 кВт, на протяжении второго она остывает. В первом случае со всех внешних поверхностей задано излучение с коэффициентом черноты 0,8 и конвекция с коэффициентом теплоотдачи 10 Вт/(м2-°С) при температуре среды равной