NUMERICAL CALCULATION OF THE VACUUM DEGREE FOR A CORRUGATED WALL

Full Text

В процессе эксплуатации трансформатора стенки бака испытывают избыточное давление. Внутреннее давление создается в режиме работы трансформатора при нагреве, а наружное давление возникает при вакуумировании. В случае капитального ремонта трансформатора или его транспортировки возникает вопрос о необходимости сушки изоляции обмоток трансформатора. Одним из наиболее распространенных в эксплуатации является способ сушки изоляции в собственном баке без масла с применением вакуумирования, допустимого для конструкции бака. Вакуумным насосом внутри бака создается разряжение, допустимое для данной конструкции бака. Рассматриваемая в данной статье конструкция трансформатора, содержит гофрированные стенки, использующиеся для компенсации избыточного давления масла при нагреве. Гофрированная стенка под давлением имеет ограничения в условиях эксплуатации. Деформирование ее гофр в процессе эксплуатации должно быть упругим, а также гофры не должны схлопываться. Наибольшую нагрузку гофрированная стенка испытывает в процессе вакуумирования. В зависимости от степени вакуумирования меняется и нагрузка на гофр. В данной работе определяется максимальная допустимая степень вакуумирования для некоторых вариантов конструкции гофра. Гофр представляет собой тонкостенную конструкцию, полученную гибкой листа (рисунок 1, а). Эскиз части гофра с указанием варьируемых размеров приведены на рисунке 1, б: b - глубина волны гофра; R - внутренний радиус гофра; δ - толщина стенки гофра. В работе [1] аналитический и численный расчет гофра производился с использованием балочной схемы. В данной работе используется более точно описывающая реальную конструкцию оболочечная схема расчета, учитывающая радиусы закругления гофра. Расчет производится методом конечных элементов. В силу симметрии гофра и приложенных нагрузок, в расчетах используется половина гофра (рисунок 2). Кроме геометрической модели гофра на рисунке 2 присутствует абсолютно жесткая стенка. В качестве граничных условий приняты: условия симметрии по линиям гофра, лежащим в плоскости симметрии; жесткое закрепление по границам гофра, не лежащим в плоскости симметрии. Нагружение гофра производится равномерным наружным давлением. Геометрическая модель гофра разбита конечными элементами оболочечного типа [2], имеющими 4 узла с 6 степенями свободы в каждом узле: 3 перемещения по осям X, Y, Z и 3 момента относительно этих осей (рисунок 3). Контакт между гофром и абсолютно жесткой поверхностью моделировался целевыми конечными элементами на стенке и контактными конечными элементами на гофре. Механические свойства материала гофра (сталь 09Г2С) задаются следующими константами: E = 2.106 кг/см2 - модуль продольной упругости материала гофра, коэффициент Пуассона, - предел текучести. Расчет производится шагами по наружному давлению от p = 0 до максимального значения p = 1 кг/см2, соответствующего полному вакууму. В качестве допустимого давления (степени вакуумирования) в итоге выбирается такая максимальная величина давления, при которой выполняются одновременно 2 условия: 1) максимальное эквивалентное напряжение не превышало предела текучести; 2) стенки гофра не схлопывались, т.е. нет соприкосновения стенки гофра и абсолютно жесткой поверхности. Задача решается как физически и геометрически нелинейная с учетом неупругих свойств материала гофра. Поле эквивалентных напряжений для одного из выполненных расчетов в качестве примера приведено на рис. 4, а. Для того же варианта расчета на рис. 4, б показан момент схлопывания стенок гофра, о чем можно судить по появившемуся контактному давлению между гофром и абсолютно жесткой поверхностью. Результаты проведенных численных расчетов представлены в виде графиков на рис. 5-6. Полученные результаты наглядно демонстрируют влияние глубины волны гофра а также внутреннего радиуса гофра на допустимую степень вакуумирования. При увеличении глубины волны гофра допускаемая степень вакуумирования сначала определяется пределом текучести материала гофра, а затем смыканием стенок гофра. При увеличении внутреннего радиуса гофра допускаемая степень вакуумирования сначала определяется смыканием стенок гофра, а затем пределом текучести материала гофра. Данный расчет актуален при выборе степени разряжения внутри бака при вакуумировании современных трансформаторов, в которых отсутствует расширительные баки и термосифонные фильтры, а увеличение объема масла при нагреве воспринимается упругими гофрами.

About the authors

I. E. Adeyanov

Samara State Technical University

Email: adigorev@gmail.com
Samara, Russia

M. Y Alexandrova

Samara State Technical University

Email: kris-maks@mail.ru
Samara, Russia

References

Supplementary files