Численное моделирование развития асинхронного обката при аварии паротурбинной установки

Виктор Фёдорович Шатохин

Численное моделирование развития асинхронного обката при аварии паротурбинной установки

Виктор Фёдорович Шатохин

Аннотация

Рукопись поступила в редакцию 4.06.2025, утверждена редколлегией в печать 12.11.2025.

Выполнен анализ последствий аварии паротурбинной установки. Определены основной триггер и основная причина опасного развития аварии с последствиями, которые привели к полной замене турбины. Проворот вкладыша подшипника в сторону, обратную собственному вращению ротора, объяснён с позиции физики развития асинхронного обката ротором подшипника. Численное моделирование процесса развития колебаний ротора с задеваниями о статор (подшипник турбины или корпусные элементы в районе рабочих ступеней, диафрагмы) выполнено с помощью программного модуля RAZB комплекса программ «РОТОР», разработанного на ПАО «Калужский турбинный завод». Использованы методы непосредственного интегрирования дифференциальных уравнений колебаний с задеваниями ротора о статорные элементы. Триггер обката – тепловой небаланс ротора. Серьёзные последствия аварии объясняются большими амплитудами колебаний неуравновешенного ротора c задеваниями относительно жёстких элементов статора и развитием асинхронного обката. Нарушение работы системы защиты установки от повышенной вибрации и отсутствие подготовленности монтажной команды по сущности процессов колебаний ротора с задеваниями, опасности развития асинхронного обката усугубили последствия аварии. Особенность явления обката заключается во взрывном характере его развития. Жёсткое соблюдение требований эксплуатации роторных конструкций -- основа безаварийной работы силовых и энергетических установок.

DOI: 10.71841/EP.elst.2025.1132.11.02

Ключевые слова

аварийная ситуация, ротор, статор (корпус, подшипники, диафрагмы), асинхронный обкат ротором статора, силы контактного взаимодействия в месте задеваний ротором статора, угловая частота обката (прецессии) ротора, численное моделирование обката.

Полный текст:

PDF

Литература

Турбины паровые проводные К-17-15П. К-11-10П. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М.: Внешторгиздат, 1998. -- 168 с.

Шатохин, В.Ф. Основная причина развития аварий силовых и энергетических установок / В.Ф. Шатохин, И.С. Сербин, А.А. Коваленко // Электрические станции. – 2024. – № 11. – С. 40 -- 53.

Шатохин, В.Ф. Колебания роторов турбоагрегатов с обкатом ротором статора (методы математического моделирования и программные средства) / В.Ф. Щатохин. -- Dusseldorf: Lambert Academic Publishing, 2016. -- 308 c.

Ma, R. Experimental investigation of rotor vibration induced by rotor-stator rubbing with soft coating GT2024-129585 / R. Ma, X. Lei, W. Wang, M. Liao. // Proceeding of ASME Turbo Expo 2024. Turbomachinery Technical Conference and Exposition GT2024. -- June 24-28, 2024. -- London, United Kingdom. -- C. 1 -- 7.

Вибрация. Измерение вибрации и оценка вибрационного состояния машин: ГОСТ Р ИСО20816-2-2022. – Введ. 25.10.2022. – М: Российский институт стандартизации, 2022.

Банах, Л.Я. Колебания ротора при постоянном контакте с неподвижными и лёгкими подвижными элементами роторной систем 1 / Л.Я. Банах // Сборник: Vibroengineering Procedia 22, Dynamics of Strongly Nonlinear Systems. Сер. "22nd International Conference on Vibroengineering", 2016. -- С. 90 -- 96.

Никифоров, А.Н. Обобщённая математическая модель ротора Джеффкота-Лаваля с учётом его проскальзывания при контакте и несоосности со статором / Никифоров А.Н. // Вестник научно-технического развития. -- 2012. -- №5(57). -- С. 41 -- 55.

Костюк, А.Г. Расчёт пороговой мощности крупных турбоагрегатов / А.Г. Костюк, В.Ф. Шатохин, Н.М. Иванов // Теплоэнергетика. -- 1974. -- № 3. – С.15 -- 19.