авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение эксплуатационной надежности регулирующих клапанов дискового типа для трубопроводов тэс и аэс

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кузин Юрий Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ ДИСКОВОГО ТИПА ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЭС И АЭС

05.14.14 Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новочеркасск-2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

Кравец Сергей Борисович

Официальные оппоненты:

Горбатых Валерий Павлович, доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», профессор кафедры атомных электрических станций;

- Веселова Ирина Николаевна, кандидат технических наук, ООО «Энерго- машКапитал», заместитель начальника отдела технической диагностики.

Ведущая организация:

ООО «Научно-сертификационный учебный центр материаловедения и ресурса компонентов ядерной техники»

Защита состоится «08» июня 2012 г. в 10:00 в 149 ауд. главного корпуса на заседании диссертационного совета Д 212.304.08, при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Автореферат разослан « 5 » мая 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Скубиенко Сергей Витальевич

Актуальность работы. Регулирующая арматура в общей номенклатуре энергетической арматуры занимает исключительно важно место, обеспечивая условия нормального функционирования технологических систем трубопроводов, стабильность их рабочих параметров.

Регулирующие клапаны дискового типа, далее – РКД, используются в качестве управляющих рабочих органов для регулирования технологических параметров пропускаемых жидкой, парожидкостной или газовой (паровой) сред. РКД малого условного прохода (до Ду 250) изготавливались с 1991 года и хорошо себя зарекомендовали при эксплуатации. Однако для клапанов с большими условными проходами (Ду300Ду700), наблюдались отдельные случаи возникновения отказов при их эксплуатации в составе технологических систем АЭС. Далее будем рассматривать РКД только этих типоразмеров.

На основании вышеизложенного, автору представляется очевидной актуальность работы, посвященной совершенствованию конструкции и повышению показателей эффективности и надежности РКД для ТЭС и АЭС, начиная с конструктивных решений и заканчивая решением вопросов о снятии их с эксплуатации. Исследования проводились в рамках комплексной госбюджетной научно-исследовательской работы № 1.3.99Ф «Разработка теории и методов повышения технологической прочности качества и надежности оборудования ТЭС и АЭС».





Целью научной работы является повышение надежности РКД путем совершенствования их конструкции, на основании проведенного исследования действующих при эксплуатации гидродинамических, сейсмических, вибрационных нагрузок.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:

  • созданием трехмерных математических моделей, описывающих гидродинамические характеристики потоков рабочих сред в РКД;
  • исследованием пульсаций среды, распределения полей давлений и скоростей потока в проточной части РКД;
  • определением гидродинамических нагрузок на элементы РКД в стационарных и переходных режимах путем совместного гидродинамического и прочностного анализа;
  • проведением всестороннего анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) РКД с учетом как давления, так и дополнительных нагружающих факторов (нестационарное температурное поле, уточненные гидродинамические нагрузки, статическое и динамическое воздействия);
  • разработкой рекомендаций по учету влияния технологических трубопроводов на динамическую прочность РКД, не имеющих собственных опор;
  • разработкой рекомендаций по оптимизации конструкции РКД;
  • созданием электронного банка данных по показателям надежности для РКД, находящихся в эксплуатации;
  • подтверждение теоретических результатов экспериментальными и эксплуатационными данными.

Научная новизна работы:

  • впервые определены гидродинамические нагрузки на рабочие органы РКД в стационарных и переходных режимах;
  • получена новая зависимость величины вращающих моментов на золотнике РКД от относительной площади проходного сечения седла, которая используется при проектировании новых клапанов, обеспечивающая минимальное значение закрывающих гидродинамических моментов на золотнике;
  • установлена степень влияния устанавливаемой в корпус РКД перфорированной корзины на показатели его надежности (наработка на отказ, вероятность безотказной работы), уровень вибрации и шума;
  • предложена методика оценки сейсмостойкости РКД с вынесенным электроприводом, не имеющих собственных опор, учитывающая влияние технологических трубопроводов и позволяющая более корректно проводить расчет его сейсмостойкости.

Степень достоверности результатов исследований подтверждается:

  • удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных (расхождение расчетных и экспериментальных данных по определению спектра частот и размаха виброускорения, определенных при испытании РКД с типоразмерами Ду300Ду400 на действующем блоке Белоярской АЭС и на сертификационных испытаниях проведенных ГУП «НИЦ ВНИИАЭС», не превышало 3%: наработка на отказ, точность поддержания заданных параметров, быстродействие);.
  • применением современных методов постановки, проведения и обработки результатов исследований;
  • применением современных вычислительных программных комплексов (ANSYS-CFX, STAR-CD, Зенит-95), предназначенных для решения широкого спектра задач по статической и динамической прочности и гидрогазодинамике.

Практическая значимость работы:

- определены значения гидродинамических нагрузок на рабочие органы РКД в стационарных и переходных режимах, позволяющие уточнить их НДС, для корректного проведения оценки его прочности по действующим нормативно-техническим документам;

- оптимизированы конструкции РКД, что обеспечило снижение величины гидравлических потерь и позволило уменьшить турбулентные пульсации потока среды при их эксплуатации;

- для РКД с типоразмерами Ду300Ду400 разработана перфорированная корзина, устанавливаемая в корпус РКД позволяющая уменьшить турбулентные пульсации и довести вибрационные характеристики до нормативных значений, а также повысить вероятность безотказной работы;

- разработана структура электронного банка данных по показателям надежности РКД с типоразмерами Ду50Ду700, находящихся в эксплуатации, позволяющего определять основные показатели надежности (наработка на отказ, точность поддержания заданных параметров, быстродействие) и принимать оперативные решения по обеспечению эффективности и безопасности клапанов на всех стадиях их жизненного цикла.

Реализация работы.

Теоретические и методические разработки, а также разработка электронного банка данных, нашли практическое применение в процессе проектирования РКД.

В период с 2008 по 2011 год внедрение указанных разработок на ОАО «Атоммашэкспорт» дало экономический эффект не менее 500 тыс. руб за счет повышения надежности РКД и снижения затрат на проектирование.

В период с 2010 по 2011 год материалы настоящей работы использовались на предприятиях ООО «ИЦ Эксперт» и ООО «Югпромсервис».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры “Энергетика”; на ежегодных научно-практических конференциях ВИ ЮРГТУ (НПИ); на международных конференциях “Математические методы в технике и технологии” ММТТ-22, 23, 24; на региональных конференциях “Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС”.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ и 1 работа в электронном журнале, в том числе 2 работы опубликовано в изданиях, включенных в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Объем работы и ее структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения и семи приложений. Объем диссертации составляет 153 страницы с 68 иллюстрациями. Список используемых источников включает 140 наименований.



СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, сформулирована цель диссертационной работы и перечислены решаемые задачи, представлена научная новизна и практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе описана конструкция РКД, которые используются в качестве управляемых рабочих органов для регулирования технологических параметров (расхода, давления и др.) пропускаемой жидкой, парожидкостной или газовой (паровой) среды. РКД способен обеспечить качественную работу систем автоматического регулирования в стационарном и переменном режимах работы энергоблоков ТЭС и АЭС.

На данный момент РКД изготавливаются с диаметром условного прохода Ду от 50 до 700 мм, имеют рабочее давление от 1,6 до 20 МПа и температуру рабочей среды от 5 до 350С.

РКД успешно прошли полный объем необходимых испытаний в установленном порядке, включая стендовые испытания на сейсмостойкость. Имеющийся опыт эксплуатации РКД подтвердил их высокую степень надежности и улучшенные эксплуатационные характеристики.

РКД всего типоразмерного ряда Ду50Ду700 относятся к классу ремонтируемых, восстанавливаемых изделий с нормируемой надежностью.

Показатели надежности для конкретного изделия выбираются разработ­чиком проекта, количественные значения показателей назначаются им в ТЗ с учетом специфики места установки арматуры в системе, параметров эксплуатации, регла­мента работы, последствий отказов арматуры и других факторов и должны быть указаны в ТУ.

Для арматуры или отдельных ее деталей, узлов, комплектующих элементов установлены следующие показатели:

- по долговечности

назначенный срок службы;

назначенный ресурс;

- по безотказности

вероятность безотказной работы;

наработка на отказ;

- сохраняемости

средний срок сохраняемости,

- ремонтопригодности:

средняя оперативная продолжительность планового ремонта;

средняя оперативная трудоемкость планового ремонта.

РКД с типоразмерами до Ду 250 включительно превосходно показал себя в эксплуатации в технологических системах ТЭС и АЭС и подтвердил существенные преимущества (пропускная способность близка к линейной, клапаны не имеют ограничений по перепаду давлений и расходу, быстродействие, минимальные уровни вибрации и шума и т.д.) перед другими типами регулирующей арматуры.

При эксплуатации РКД типоразмерами Ду300 и более с расчетным давлением от 12 МПа, возникли некоторые недостатки в их работе. В соответствии с требованиями РД 302-07-276-89 было выполнено создание и ведение банка данных по надежности эксплуатируемой арматуры.

Ниже приведен перечень типичных недостатков конструкции РКД (с расчетным рабочим давлением свыше 12,0 МПа), выявленных во время эксплуатации:

1) Закрывающие моменты на золотнике клапана;

2) Пульсация расхода среды, неудовлетворительная работа клапана при малых расходах;

3) Эрозионный износ в выходном патрубке;

4) Повышенная чувствительность к силовым и вибрационным нагрузкам с точки зрения показателей надежности.

Опыт эксплуатации показал, что РКД с типоразмерами Ду300 и более и рабочим давлением более 12 МПа являются более чувствительными к силовым и вибрационным нагрузкам. Поэтому, на мой взгляд, определение НДС клапанов от различных видов нагрузок и их анализ являются первостепенной задачей.

Во второй главе представлены результаты гидродинамических расчетов РКД.

Моделирование гидродинамики потока.

Расчетное исследование было проведено с помощью трехмерных конечно-элементных моделей, созданных в среде программного комплекса ANSYS, который позволяет рассчитывать локальные характеристики потока. Математические модели для описания гидродинамических процессов, происходящих в регулирующем клапане, состояли из системы уравнений, описывающих турбулентное движение несжимаемой вязкой жидкости.

Определение гидродинамических усилий на элементы конструкции РКД.

Моделирование проточной части клапана проводилось при различных углах открытия. При этом были определены прижимные усилия и вращающие моменты на золотнике. Для обеспечения корректного сравнения результатов расчетов, расчетные исследования гидродинамики РКД проводились для определенных скоростей, соответствующих линейной характеристике и составляющих при 50 % открытии клапана - 2 м/с для воды и 30 м/с для пара.

Таблица 1. Зависимость величины вращающих моментов на золотнике от относительной площади проходного сечения седла

Клапан регулирующий «Диск» Fседла /FN Fпрох.стакан /FN
Ду500 0,39 0,88
0,25 0,67
Ду400 0,25 0,66
Ду350 0,12 0,87
Ду300 0,22 1,09
0,3 0,99

Рассматривалась зависимость величины вращающих моментов на золотнике от относительной площади проходного сечения седла Fседла /FN (отношение площади проходного сечения отверстий в седле клапан к условной площади проходного сечения клапана) и относительной площади проходного сечения между корпусом и стаканом Fпрох.стакан/FN. Величины относительных площадей приведены в таблице 1.

Результатами данных расчетных исследований потока являлись распределения скоростей и давлений в клапанах. Анализ результатов исследований позволил определить, что при частичном открытии РКД на различные поверхности золотника действуют разные давления, возникающие в результате гидравлических потерь и изменения скоростных напоров во входной камере клапана, что приводит к появлению дополнительных вращающих моментов на золотнике, возникновению пульсаций потока и акустических колебаний. Вращающие моменты на золотнике возникают в результате изменения местных скоростей потока и действуют на боковые поверхности золотника в направлении на закрытие клапана. На рис. 1 приведены распределения скоростей, на рис. 2 – давлений на боковые поверхности золотника клапана Ду500, открытом на 60 %. На рис. 3 показаны графики приведенных гидродинамических моментов (Мр) на золотнике, равных отношению гидродинамического момента на золотнике М к скоростному напору потока во входном сечении клапана. На графике рис. 4 предложена зависимость максимальных приведенных гидродинамических моментов на золотнике клапана к приведенной площади проходного сечения седла.

Было установлено, что максимальные гидродинамические моменты на золотнике РКД наблюдаются при открытии клапана на 50 – 60 %. Для РКД с относительной площадью проходного сечения седла Fседла /FN от 0,1 до 0,4, может быть использована нижеприведенная формула для определения максимальных гидродинамических моментов на золотнике

где с = 0,040,05 – коэффициент; v0 – скорость потока во входном сечении при номинальном расходе рабочей среды.

 Распределения скоростей в клапане-8

Рис. 1. Распределения скоростей в клапане Ду500, открытом на 60 %

 Распределения давлений на боковые-9

Рис. 2. Распределения давлений на боковые поверхности золотника



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.