Введение. Паровых турбин

Паровых турбин

Учебное пособие для студентов.

(доц. ЕМЕЦ О.З.)

Севастополь

2014 г.

О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение 3

1. Статическая прочность рабочих лопаток 5

1.1. Силы, действующие на рабочие лопатки 5

1.2. Воздействие центробежных сил инерции 6

1.2.1. Схема нагружения лопаток центробежными силами 6

1.2.2. Напряжения в лопатках при воздействии центробежных сил 7

1.2.3. Разгрузка лопаток от воздействия центробежных сил 8

1.3. Статический изгиб рабочих лопаток12

1.3.1. Схема нагружения лопатки изгибающими усилиями 12

1.3.2. Определение изгибных напряжений 13

1.4. Наибольшие суммарные напряжения в лопатках и оценка их

прочности 16

2. Колебания и вибрационная надёжность рабочих лопаток 20

2.1. Собственные колебания лопатки 20

2.1.1. Уравнения движения лопатки 20

2.1.2. Главные формы и частоты колебаний лопатки 25

2.1.3. Влияние различных факторов на частоты колебаний

лопатки 27

2.2. Собственные колебания пакетов лопаток 29

2.3. Вынужденные колебания лопаток 34

2.3.1. Возмущающие силы в ступени турбомашины 34

2.3.2. Колебания лопаток при воздействии возмущающих сил 37

2.3.3. Обеспечение вибрационной надёжности рабочих лопаток 39

2.3.3.1. Демпфирование колебаний лопаток 39

2.3.3.2. Пакетирование лопаток и установка проволочных связей 43

2.3.3.3. Отстройка колебаний лопаток от резонансов 45

2.3.4. Динамические напряжения в лопатках 48

2.4. Автоколебания лопаток турбомашин 50

Введение

Тенденция увеличения единичной мощности энергоблоков АЭС и усложнение конструкций турбомашин сопровождается увеличением требо-

ваний к их надёжности. Повышение ресурса турбомашин также является одной из основных задач повышения их качества. Известно, что наиболее напряжёнными элементами турбомашин являются лопатки проточной час-ти и роторы, о чём свидетельствуют систематические поломки сопловых, и, особенно, рабочих лопаток паровых турбин энергоблоков АЭС. Понима-ние причин таких поломок в значительной мере является основой для без-аварийной эксплуатации турбоагрегатов и правильной диагностики повре-ждений.

Ответственные детали турбин, такие как лопатки, ротры, корпуса ис-

пытывают нагрузки, обусловленные: центробежными силами инерции, разностями давлений и температур, а также появляются нагрузки при коле-баниях лопаток и роторов. Неравномерность температурных полей деталей вызывает в них неоднородные температурные деформации и связанные с ними температурные напряжения.

Нагрузки от центробежных сил и от разности давлений, а также от собственного веса принято называть силовыми воздействиями в отличие от

тепловых воздействий, вызываемых разностями температур.

Силовые и тепловые воздействия в турбомашинах по признаку их из-менения во времени можно подразделить на постоянные во времени (ста-ционарные), медленно меняющиеся и быстроменяющиеся.

Постоянные во времени воздействия характерны для установившего-ся режима работы турбомашины, при котором частота вращения ротора,

величины давлений рабочей среды и температурные поля конструктивных элементов практически не изменяются во времени. При умеренных темпе-ратурах такие воздействия вызывают стационарные напряжения в деталях.

При повышенных температурах появляется ползучесть, со временем нака-пливаются повреждения материала, что ограничивает время работы детали

из-за исчерпания запаса её длительной прочности.

Медленно меняющиеся воздействия связаны с переходными режима-ми: пуском, нагружением, разгрузкой и остановкой турбомашины. Повтор-ные переходные режимы вызывают повторно-переменные напряжения и

деформации в деталях, что сопряжено с возможностью появления т.н.

малоцикловой усталости. При этом возникают оганичения по допускаемо-му числу пусков турбомашины, так как при каждом пуске (и при каждом изменении режима) в материале накапливаются повреждения, которые при

определённом достаточном числе изменений режима приводят к разруше-нию детали вследствие проявления малоцикловой усталости.

В процессе работы турбомашины происходит чередование переход-

ных и стационарных режимов. При этом в опасных зонах деталей накапли-вается общее повреждение, которое обусловлено взаимодействием процес-са ползучести и малоциклового нагружения. Взаимодействие обоих типов

повреждений таково, что чем больше часов работы на стационарном режи-ме, тем меньше возможное число пусков и наоборот.

Быстро меняющиеся воздействия вызываются, в основном, следую-щими причинами: неуравновешенностью ротора, различными технологи-ческими отклонениями при изготовлении и сборке ротора (механические

причины и взаимодействием потока рабочей среды с элементами проточ-ной части турбомашины. Быстроменяющиеся воздействия вызывают коле-бания элементов турбомашин. При определённой интенсивности воздей-ствия возможно повреждение (разрушение) деталей турбомашин вслед-

ствие многоцикловой усталости.

Учебное пособие включает в себя четыре раздела. В первом разделе даётся классификация усилий, действующих на рабочие лопатки и рассма-триваются вопросы обеспечения и оценки прочности рабочих лопаток тур-бин под действием стационарных сил.

Во втором разделе излагаются наиболее сложные для понимания воп-росы свободных и вынужденных резонансных (в т.ч. самовозбуждающих-ся), колебаний рабочих лопаток и их пакетов, а также обеспечение их виб-рационной надёжности.

Дата добавления: 2015-08-05