Материал: XslaTfsNQi

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)» в межотраслевой лаборатории «Современные электротехнологии»

Защита состоится "__" ________ 2014 года в ___ часов ___ минут на заседании диссертационного совета Д 212.238.05 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 5.

Сдиссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

ина сайте http://www.eltech.ru.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с ростом мощностей турбогенераторов, используемых при выработке электроэнергии, а также применением новых материалов и конструктивных решений, традиционные методы нагрева при монтаже и демонтаже насадных деталей не могут в достаточной степени обеспечить успешное проведение данных технологических операций. Традиционно применяемые нагрев в муфельных печах, газопламенный нагрев и индукционный нагрев на промышленной частоте исчерпали себя в плане повышения эффективности и в отдельных случаях непригодны для выполнения требуемых технологических операций.

Поэтому требуется внедрение новых методов нагрева, в частности индукционного нагрева токами высокой частоты, чему, в том числе,

способствует появление надѐжной элементной базы для создания высокоэффективных и достаточно мобильных транзисторных генераторов.

В сложившейся ситуации актуальной является разработка технологии высокочастотного индукционного нагрева крупногабаритных насадных деталей при монтаже и демонтаже. Разработка технологии требует проведения комплексного исследования, включающего разработку методики моделирования процессов, исследование моделей реальных технических объектов и проведение натурных экспериментов с целью выработки рекомендаций по выбору типа, числа и мест размещения индукторов, режиму нагрева и контролю процесса. Технология нагрева должна учитывать условия проведения такелажных работ, в частности положение вала при проведении работ, а также требования санитарных правил и норм по обеспечению безопасности обслуживающего персонала.

Целью работы является разработка технологии высокочастотного индукционного нагрева крупногабаритных насадных деталей роторов турбогенераторов и паровых турбин.

Для достижения этой цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

4

разработка методики моделирования системы "индуктор – насадная деталь – вал";

разработка и исследование модели системы "индуктор – бандажное кольцо – зубцы ротора турбогенератора", представляющей собой случай высокочастотного индукционного нагрева немагнитной детали при горизонтальном положении вала ротора;

разработка и исследование модели системы "индуктор – рабочее колесо турбины – вал ротора турбины", представляющей собой случай высокочастотного индукционного нагрева магнитной детали при вертикальном положении вала ротора;

разработка технологии высокочастотного индукционного нагрева насадных деталей при монтаже и демонтаже (выбор типа, числа и мест размещения индукторов, режима нагрева и алгоритма управления процессом).

Методы исследования включают в себя численные расчѐты и натурные эксперименты. Численные расчѐты проведены в среде ANSYS,

реализующей расчѐты на конечно-элементных моделях, натурные эксперименты проведены в ООО "Интерм", а также на заводах "Электросила"

и ЛМЗ ОАО "Силовые машины".

Основные положения, выносимые на защиту:

1.Методика моделирования системы "индуктор – насадная деталь – вал".

2.Модель высокочастотного индукционного нагрева, термического расширения и схода с посадки немагнитного бандажного кольца ротора турбогенератора Т3В-1200-2 при горизонтальном положении вала.

3.Модель высокочастотного индукционного нагрева, термического расширения и схода с посадки магнитного рабочего колеса паровой турбины к-300-240 при вертикальном положении вала.

4.Технология высокочастотного индукционного нагрева насадных деталей при монтаже и демонтаже.

5

Научная новизна. В ходе исследования получены следующие новые научные результаты:

подтверждена возможность и высокая эффективность использования токов высокой частоты для нагрева крупногабаритных деталей из магнитных и немагнитных металлов;

рассмотрены физические явления, приводящие к отклонению от осевой симметрии при горизонтальном расположении вала, обусловленные действием гравитации, оценена вносимая ими неравномерность условий нагрева, охлаждения и расцепления контактных поверхностей по периметру, обоснована корректность использования двумерной осесимметричной постановки для их моделирования;

на моделях оценено взаимное влияние близко расположенных индукторов при нагреве как магнитных, так и немагнитных деталей;

установлено, что существенное взаимное влияние близко расположенных индукторов проявляется только при нагреве магнитных деталей (рабочих колѐс паровых турбин), где индуктора должны располагаться на максимальном удалении;

исследовано влияние переменного по ширине зазора между поверхностью немагнитной детали и ленточным индуктором, а также между токоподводами на активное сопротивление, индуктивность и распределение плотности тока по сечению индуктора и детали; при практически возможном отклонении от параллельности активное сопротивление меняется незначительно, в то время как увеличение индуктивности в разы и повышение концентрации плотности тока в области минимального зазора могут вылиться в рассогласование и перегрев соответственно;

определена зависимость активного сопротивления индуктора-провода при нагреве деталей из магнитных материалов от шага намотки – с

ростом шага сопротивление падает; в связи с этим для согласования