Дисертації (ТАЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (ТАЕ) за Ключові слова "621.165"
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Удосконалення підходу до розрахунку напружено-деформованого стану елементів системи паророзподілу атомної електростанції(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Беднарська, Інна Станіславівна; Риндюк, Дмитро ВікторовичБеднарська І.С. Удосконалення підходу до розрахунку напруженодеформованого стану елементів системи паророзподілу атомної електростанції. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 144 «Теплоенергетика. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота включає в себе 5 розділів. Робота присвячена удосконаленню підходу до визначення теплового та напружено-деформованого стану паророзподільної системи атомних електростанцій. Досліджувались газодинамічні процеси в проточному тракті головних паропроводів та їх елементів, а саме, в регулюючому клапані. У вступі подається інформація про актуальність обраної теми дослідження, її зв’язок із науковими програмами, тематиками та планами. Визначаються мета та завдання роботи, що сприяють розкриттю досліджуваного питання. Описуються об’єкт, предмет і методи дослідження. Також висвітлюється наукова новизна, практична цінність отриманих результатів, особистий внесок автора, апробація результатів, публікації, а також структура й обсяг роботи. Перший розділ містить огляд літературних джерел, у яких висвітлюються дослідження інших авторів, що займаються подібною проблематикою. Проведено детальний аналіз конструкції системи паророзподілу енергоблоку №2, що отримує пару від парогенератора №2 Хмельницької атомної електростанції. Розглянуто основні елементи системи, їхню конструктивну будову, функціональне призначення та експлуатаційні особливості. Особлива увага приділена характеристикам паропроводів, регулюючих і стопорних клапанів. Проаналізовано наукові джерела, присвячені дослідженню напруженодеформованого стану обладнання електростанцій, зокрема, елементів паророзподілу. Розглянуто сучасні методи моделювання та розрахунку напружено-деформованого стану енергетичного обладнання. Проте аналіз літературних джерел показав, що попри значну увагу до цих питань, дослідження газодинамічних процесів у паророзподільчій системі, умов теплообміну, а також міцнісних і ресурсних характеристик обладнання залишаються вивченими не в повній мірі. Особливо актуальним є дослідження процесів руху вологої пари у головних паропроводах атомних електростанцій, оснащених турбінами К-1000-60/3000, оскільки такі турбіни широко використовуються на українських АЕС. На основі проведеного аналізу наукових праць обґрунтовано необхідність удосконалення підходів до розрахунку напружено-деформованого стану елементів системи паророзподілу. Це сприятиме підвищенню надійності та безпеки експлуатації обладнання атомних електростанцій, які генерують найбільшу частку електроенергії в Україні. У зв’язку з цим у дослідженні поставлено такі основні завдання: • аналіз конструкції та роботи системи паророзподілу енергоблоку атомної електростанції; • аналіз робіт інших авторів, щодо дослідження проблем елементів системи паророзподілу електростанцій; • аналіз методів дослідження газодинамічних процесів; • вибір математичної моделі газодинамічних процесів в проточному тракті елементів паророзподілу; • верифікація обраної математичної моделі на основі результатів розрахунку напружено-деформованого стану регулюючого клапана ЦСТ турбіни К-200-130; • чисельне дослідження газодинаміки паророзподільчої системи енергоблоку №2 ХАЕС; • розрахунок напружено-деформованого стану стопорнорегулюючого клапана турбіни К-1000/60-3000 енергоблоку №2 ХАЕС. Другий розділ присвячений вибору та обгрунтуванню математичної моделі, що описує газодинамічні процеси в системі паророзподілу атомної електростанції. Сучасний розвиток обчислювальної техніки та чисельних методів розв'язання системи рівнянь, іменованих CFD (Computation Fluid Dynamics), що описують газодинамічні процеси, дозволяє моделювати рух робочого тіла в проточному тракті різної конфігурації. Тому був проведений критичний аналіз існуючих методів моделювання течій теплоносіїв та обрано найбільш раціональний. Через високі вимоги до обчислювальних ресурсів основним робочим інструментом для вирішення прикладних завдань газодинаміки обрано методи, що базуються на застосуванні усереднених по Рейнольдсу рівнянь Нав'є-Стокса (RANS) в поєднанні з різними напівемпіричними моделями турбулентності. Розглянута велика кількість об'єктивної інформації про можливості різних напівемпіричних моделей турбулентності при моделюванні тих чи інших типів в'язких течій. Проаналізувавши інформацію, було обрано, за сукупністю своїх якостей, найбільш доцільну серед існуючих моделей турбулентності - модель Ментера (SST - k-ω Shear Stress Transport). Обрано методику дискретизації розрахункової області, розглянуто схеми дискретизації, підходи до побудови розрахункових сіток та критерії їхньої якості, що забезпечують точність чисельного моделювання. В результаті сформовано математичну модель і обрано чисельний метод математичного моделювання тривимірної стаціонарної течії в'язкої перегрітої пари, що базується на використанні осереднених по Рейнольдсу рівнянь Нав'єСтокса в поєднанні з напівемпіричною моделлю турбулентності к-ω SST та методу рішення на базі кінцевих об'ємів. У третьому розділі для перевірки адекватності та доцільності використання предсталеного розрахункового методу порівнювались наружено- деформовані стани стопорного клапана циліндра середнього тиску турбіни К200-130, для яких тепловий стан був розрахований двома способами: 1. З визначенням граничних умов теплообміну I-IV роду на основі критеріальних рівнянь. При цьому розглянуто граничні умови теплообміну, що застосовуються при моделюванні теплових процесів у клапані. Описано розрахункову модель регулюючого клапана, визначено основні параметри, які враховуються під час моделювання його роботи. 2. Дослідженням газодинаміки потоку, сформованого в проточному тракті регулюючого клапана та впливу структури потоку на елементи поверхні корпусу клапана на основі усереднених по Рейнольдсу рівнянь Нав'є-Стокса (RANS). В результаті проведених числових досліджень в програмному комплексі було визначено особливості протікання пари в регулюючому клапані, особливості розвитку парового потоку, особливості утворення вихорів в проточному тракті клапана та їх вплив на внутрішні стінки клапана. Проаналізовано вплив температури та тиску пари на внутрішні стінки регулюючого клапана. На основі отриманих даних виконано розрахунок напруженодеформованого стану клапана ЦСТ турбіни К-200-130, проаналізовано розподіл напружень і деформацій у його конструктивних елементах. При порівнянні результатів саме проведений комплекс числових експериментів по визначенню газодинаміки клапана дозволив запропонувати гіпотезу обґрунтування виникнення деградації внутрішніх поверхонь корпусу клапана з виникненням зон тріщеноутворення. У висновках до розділу підбито підсумки щодо точності та ефективності представленого методу розрахунку з врахуванням газодинамічних процесів, а також його доцільності для подальшого використання при оцінці ресурсу та надійності елементів системи паророзподілу. У четвертому розділі представлено чисельне дослідження газодинамічних процесів у паророзподільній системі енергоблоку №2 Хмельницької АЕС. З огляду на високі вимоги до потужностей ЕОМ і значну тривалість розрахунків, було прийнято рішення досліджувати лише окремі ділянки одного паропроводу, які однаково представлені на кожному з чотирьох паропроводів. Також було враховано лінійну зміну параметрів пари на прямих ділянках паропроводів. Прийнята міра дала можливість не тільки скоротити час і ресурси, що витрачаються на дослідження повної задачі, але і є досить надійним методом прогнозування зміни тиску, температури та швидкостей на схожих ділянках паропроводів. В якості об'єкта дослідження обрано проточний тракт паропровода №2 від парогенератора №2, включаючи стопорнорегулюючий клапан циліндра високого тиску турбіни К-1000-60/3000 ХАЕС. Результатом моделювання є 3-D газодинамічна структура потоку пари, розподіл швидкостей в потоці, температурні поля та розподіли тисків. Аналіз отриманих результатів чисельного моделювання надав можливість досить докладно оцінити вплив геометрії паропроводів на газодинамічні характеристики течії вологої пари. Перевірка адекватності чисельної моделі і коректності моделювання була проведена шляхом порівняння розрахункових результатів з даними, що контролюються датчиками на ХАЕС. Порівняння результатів дослідження та реальних даних дало задовільний збіг. Середня відносна похибка моделі становить близько 7%. Розроблена імітаційна модель є адекватною і може бути використана для розрахунку параметрів течії пари в паропроводах. У п’ятому розділі досліджено напружено-деформований стан регулюючого клапана паропроводу №2 енергоблоку №2 циліндра високого тиску турбіни К-1000-60/3000 Хмельницької АЕС. Основна увага приділена комплексному аналізу впливу газодинамічних і теплових процесів на напружений стан конструкції клапана, що вподальшому дозволить оцінити його надійність та довговічність. Виконано розрахунок газодинаміки регулюючого клапана, визначено особливості руху пари та її взаємодії з внутрішніми поверхнями клапана. Також, для порівняння, розглянуто метод розрахунку граничних умов теплообміну I-IV роду на основі критеріальних рівнянь, що використовується для визначення температурного поля в елементах конструкції. Проаналізовані теплові стани регулюючого клапана, визначені на основі двох різних підходів. Виконано розрахунок напружено-деформованого стану клапана. Окремо досліджено напружено-деформований стан клапана з урахуванням впливу парового сита, що є важливим елементом у розподілі потоку пари та формуванні навантажень на конструкцію. Встановлено, що включення сита в розрахункову модель дозволяє більш точно оцінити локальні напруження та визначити потенційні зони виникнення втомних пошкоджень. Аналіз напружено-деформованого станку металу клапана показав, що основні напруження виникають не тільки в місцях кріплення корпусу та сідла клапана, а й у точках контакту сита з внутрішньою поверхнею корпусу. Зона кріплення сита зазнає підвищених механічних навантажень через зміну гідродинамічного опору потоку пари. У порівнянні з моделлю без сита, максимальні напруження в корпусі клапана збільшилися приблизно на 7–10%, що свідчить про необхідність врахування цього елемента при розрахунках довговічності металу.