Прочностной расчет корпуса передвижной электростанции

О проекте

  • Прочностной расчет корпуса передвижной электростанции
  • ОАО «ЗВЕЗДА-ЭНЕРГЕТИКА»
  • Энергетика

Прочностной расчет корпуса передвижной электростанции

ОАО «ЗВЕЗДА-ЭНЕРГЕТИКА» является одной из крупнейших компаний России и стран СНГ, обеспечивающих комплексные решения в области энергообеспечения. Компания оказывает полный спектр услуг по производству, поставкам и строительству объектов автономной энергетики на базе дизельных, газопоршневых и газотурбинных двигателей для нефтегазовой отрасли, крупных промышленных предприятий, ЖКХ и инфраструктуры.

Комплекс работ и услуг, предоставляемых компанией, включает в себя:

  • Изготовление контейнерных электростанций единичной мощностью от 50 до 6000 кВт, в том числе с утилизацией тепла;
  • Строительство «под ключ» стационарных, блочно-модульных электростанций и ТЭЦ мощностью до 200 МВт;
  • Модернизация и поставка котельного оборудования;
  • Выполнение пуско-наладочных работ;
  • Сервисное обслуживание энергетических комплексов;
  • Эксплуатация энергетических комплексов;
  • Техническое обслуживание и ремонт оборудования электростанций.

По заказу компании «ЗВЕЗДА-ЭНЕРГЕТИКА» специалисты «МЦД» с помощью программного обеспечения Ansys Mechanical выполнили расчетный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) контейнера передвижной электростанции. Результаты расчетов использовались для:

  1. Оценки НДС с целью определения коэффициентов запаса прочности;
  2. Оценки НДС с целью построения схем оптимизации несущей конструкции по весу без снижения прочности.

Целью расчета являлось определение максимальных напряжений и перемещений элементов металлоконструкции контейнера дизельной электростанции (ДЭС) в двух расчетных случаях:

а) при подъеме ДЭС, находящейся в транспортном положении,
б) при рабочем положение ДЭС на стационарном месте. При этом ДЭС устанавливается на четыре поперечные балки свайного поля.

Эксплуатационный случай предусматривает только статическую нагрузку. Для транспортного случая предполагается плавный отрыв от земли и низкая скорость перемещения, следовательно, этот расчет также является статическим.
Металлокаркас контейнера представляет собой сварную конструкцию, состоящую из днища, крыши, торцевых стоек и гофрированных стеновых панелей.

Крыша контейнера включает в себя съемную крышу, которая крепится к каркасу с помощью болтового соединения. При расчете контейнера необходимо учитывать передачу нагрузок от снега и ветра, а также нагрузки от веса съемной крыши.

Днище контейнера имеет четыре подъемных захвата для строповки контейнера. Для более равномерного распределения нагрузки между балками поперечного набора электроагрегат устанавливается на опорные полосы.

Прочностной расчет корпуса передвижной электростанции
Рисунок 1. Твердотельная модель контейнера

Наиболее адекватной расчетной моделью конструкции является балочно-оболочечная модель.

Среди принятых допущений: сварка идеальная; двери и заполнение вентиляционных проемов не учитываются; съемная крыша не влияет на общую жесткость.

Учитывались следующие нагрузки:

а) Нагрузка от электроагрегата, масса равномерно распределяется между восемью опорами;
б) Нагрузка от бака топлива и масла. Поскольку опирается на раму из уголка, то нагрузка прикладывается к лежащим под рамой балкам поперечного перекрытия;
в) Нагрузка от шкафов электрооборудования также опираются на контур рамки из уголка;
г) Блок аккумуляторных батарей, нагрузка передается через фальшпол, поэтому распределена по площади, занимаемой в плане;
д) Нагрузка от баллонов системы пожаротушения МГП, масса баллонов распределена по площади, занимаемой в плане;
е) Нагрузка от фальшпола, масса фальшпола распределена по площади, занимаемой в плане;
ж) Собственный вес конструкции. Учитывается с помощью вводимого ускорения для всех элементов конструкции.

Поскольку в расчетную модель входит не вся конструкция, то собственный вес конструкции в целом учитывается с помощью дополнительного ускорения, направленного вертикально вниз.

Дополнительные нагрузки для транспортного случая:

з) Нагрузка от перевозимых внутри оборудования и материалов, равномерно размещенных по свободной площади днища контейнера в агрегатном отсеке;
и) Нагрузка от бака топлива и масла. Рассматривался случай не слива топлива при транспортировке.

Дополнительные нагрузки для эксплуатационного случая

к) Нагрузка от установленных на крыше контейнера глушителей.
л) Нагрузки от снега и ветра.

Для создания конечно-элементной сетки был использован модуль ANSYS Meshing. В результате автоматической генерации получилась сетка, состоящая из 106575 элементов.

В ходе расчетов были вычислены напряжения в балках и оболочках для транспортного и эксплуатационного случаев.

Транспортный случай

Определено, что днище прогибается под электроагрегатом. Конструкция является достаточно жесткой, во многом благодаря наличию гофрированных стеновых панелей. Вычислен максимальный прогиб поперечных днищевых балок.

Определено, что значительные напряжения возникают в продольных швеллерах днища в окрестностях опор и что в некоторых узлах модели возникают локальные пики напряжений, как правило, в уголках обрешетки в месте стыка со стойками стен.

Также вычислен коэффициент запаса прочности.

С помощью расчетной модели определена локализация максимальных напряжений в оболочках. Установлено, что более значимыми в смысле влияния на общую прочность, являются напряжения в опорных полосах, находящиеся ниже предела текучести.

Эквивалентные напряжения по Мизесу в оболочках
Рисунок 2. Эквивалентные напряжения по Мизесу в оболочках

Эксплуатационный случай

Установлено, что несъемная крыша прогибается под действием снеговой нагрузки. Рассчитан прогиб стеновых панелей под действием ветровой нагрузки, в результате расчета определено, что максимальные прогибы возникают в днище контейнера.

Установлены места локализации наибольших напряжений в балках. Обнаружено наличие запаса по общей и по локальной прочности.

Рассчитаны максимальные перемещения в листах обшивки крыши под действием снеговой нагрузки, собственного веса и установленных глушителей

По результатам всех расчетов было установлено, что даже в самых нагруженных частях конструкции максимальные напряжения в 3-4 раза ниже предела текучести материала. Значительная часть конструкции не напряжена. Это позволяет судить о значительном потенциале в области облегчения конструкции.

Снижение веса конструкции может быть произведено без потери прочности вследствие:

а) Изменения номенклатуры несущих балок.
б) Изменения геометрических расположений несущих балок.
в) Изменения структуры днищевого перекрытия и съемной крыши.

Однако, для принятия решения по изменению конструкции следует уточнить действующие нормы прочности.

Вариант изменения конструкции

По просьбе Заказчика, инженерами «МЦД» были проведены дополнительные расчеты для определения изменения напряженно-деформированного состояния при исключении из конструкции контейнера опорных продольных балок в днище контейнера при транспортировке.

После проведения дополнительных расчетов были сделаны следующие выводы: в результате отбрасывания нижних опорных балок напряжения в элементах днища вырастают, характер распределения напряжений становится менее равномерным. Тем не менее, конструкция сохраняет работоспособность, коэффициент запаса прочности в элементах днища остается удовлетворительным. Напряженное состояние в остальной конструкции изменяется незначительно.

Есть подобная задача? Звони!

Позвоните нам

+7 (495) 644-06-08

Напишите нам

info@digitaltwin.ru

Часы работы

Пн-Пт 9:00 – 18:00

Другие проекты

Отправить сообщение

    Свяжитесь с нами

    Позвоните нам

    +7 (495) 644-06-08

    Напишите нам

    info@digitaltwin.ru

    Часы работы

    Пн-Пт 9:00 – 18:00