Антон Сергеевич Антонов — кандидат технических наук, главный инженер по оборудованию и гидротехническим сооружениям; доцент кафедры гидравлики и гидротехнического строительства
125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2; 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Scopus: 57197566337, ResearcherID: AAC-7597-2022
Anton S. Antonov — Candidate of Technical Sciences, сhief engineer for equipment and hydraulic structures; Associate Professor, Department of Hydraulics and Hydraulic Engineering
2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080; 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
Scopus: 57197566337, ResearcherID: AAC-7597-2022
Никита Павлович Караблин — главный инженер по турбинному и гидромеханическому оборудованию
125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2
Nikita P. Karablin — chief engineer for turbine and hydro-mechanical equipment
2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080
Константин Юлиевич Бод — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2
Konstantin Ju. Baud — Candidate of Technical Sciences, leading researcher
2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080
Игорь Вячеславович Баклыков — главный специалист
125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 2
РИНЦ ID: 915462, Scopus: 56538614100
Igor V. Baklykov — chief specialist
2 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125080
ID RSCI: 915462, Scopus: 56538614100
Введение. Представлен подход по выявлению причины повреждения отдельных ключевых элементов металлоконструкций сороудерживающей решетки (СУР) гидроэлектростанции при техногенных динамических воздействиях. Выполнены прочностные и гидравлические расчеты, а также модальный анализ конструкции. Определен подход и проведены инструментальные измерения фактических динамических характеристик СУР при различных напорах.
Материалы и методы. Для выполнения замеров динамических техногенных воздействий разработана методика, состоящая из двух блоков. Первый блок — инструментальное и визуальное обследование для определения соответствия конструкций проектным решениям, а также выявления характерных дефектов СУР. Измерение собственных частот колебаний и виброускорений конструкций при различных напорах выполнялось при помощи пьезоэлектрических вибропреобразователей АР90, измерение виброускорений — сейсмоприемниками А16 и приемной станцией MIC-200. Второй блок — математическое моделирование. Проводилось уточнение гидравлического режима, напряженно-деформированного состояния и определялись частоты и формы собственных колебаний конструкции. Расчетные исследования осуществлены в универсальном промышленном программном комплексе ANSYS Mechanical и ANSYS CFX.
Результаты. Обследование выявило наличие систематически возникающих трещин в несущем каркасе, несоответствие положения раскосов проекту. Уточнены гидродинамические нагрузки, определен диаметр и частота образования вихрей. При расчетах напряжения в металлических раскосах не превосходят нормативных величин для используемой стали. Выполненное прямое измерение вибрации элементов конструкции продемонстрировало, что наиболее опасный частотный диапазон — это 40,30–41,75 Гц.
Выводы. Установлено, что основной причиной повреждения конструкции СУР является смещение вынужденных частот и формы собственных колебаний в зону работы гидроагрегатов, что и приводило к концентрации напряжений на концах раскосов в зоне примыкания к фасонкам. Стыковка раскосов к фасонке имела недостаточную длину, что приводило к передаче напряжений на край фасонки, и, как следствие, к концентрации напряжений и образованию трещин по направлению главных напряжений в узле.
Introduction. The study presents an approach for detecting and identifying the causes of damage to individual key elements of metal structures of the hydroelectric power plant’s trash-rack structure under anthropogenic dynamic impacts. Strength and hydraulic calculations were performed, as well as modal analysis of the structure. The approach is determined and instrumental measurements of actual dynamic characteristics of the trash-rack structure at different pressures are carried out.
Materials and methods. A methodology consisting of two blocks was developed to perform measurements of dynamic anthropogenic impacts. The first block is an instrumental and visual inspection to determine the compliance of structures with design solutions, as well as to identify characteristic defects of the trash-rack structure. The measurement of natural frequencies of vibrations and vibration accelerations of structures at different pressures was carried out using piezoelectric vibration transducers AR90, the measurement of vibration accelerations by seismic receivers A16 and the receiving station MIC-200. The second block is mathematical modelling. The hydraulic regime and the stress-strain state were specified, frequencies and forms of natural vibrations of the structure were determined. Computational studies were carried out in the universal industrial software complex ANSYS Mechanical and ANSYS CFX.
Results. The survey revealed the presence of systematically occurring cracks in the load-bearing frame, the mismatch of the position of the struts to the design. Hydrodynamic loads are specified, diameter and frequency of vortex formation are determined. The stresses in the metal struts do not exceed the standard values for the steel used. The performed direct measurement of vibration of structural elements demonstrated that the most dangerous frequency range is 40.30–41.75 Hz.
Conclusions. It is revealed that the main cause of damage to the trash-rack structure is the displacement of forced frequencies and the shape of natural oscillations to the zone of operation of hydraulic units, which led to the concentration of stresses at the ends of the struts in the zone adjacent to the gussets. The junction of struts to the gusset had insufficient length, which led to the transfer of stresses to the edge of the gusset and, as a result, to the concentration of stresses and the formation of cracks in the direction of the main stresses in the node.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.