Схема нагружения лопатки изгибающими усилиями

Рабочие лопатки подвергаются действию аэродинамических попереч-ных сил, вызывающих их изгиб. Как отмечалось в разд.1.1, газодинами-ческое воздействие имеет стационарную и переменную составляющие.

Переменные изгибающие газодинамические усилия вызывают колебания и усталостные поломки лопаток. Они связаны по величине с стационарными изгибающими усилиями. Отметим, что хотя стационарные газодинамичес-кие усилия, как правило, не являются значительными по величине, изгиб-ные напряжения, которые они вызывают необходимо учитывать при опре-делении наибольших суммарных напряжений в рабочих лопатках.

Обтекание лопатки потоком рабочего тела приводит к возникнове-нию на её профиле газодинамических сил давления. Равнодействующая этих сил Р изгибает перо лопатки и имеет окружную Р_u и осевую Р_а состав-ляющие. Появляется также и незначительный крутящий момент.

Схема действия газодинамических усилий на профиль лопатки пока-

зана на рис.1.5. Главная ось инерции «х-х» проходит через центр тяжести (ц.т.) корневого сечения и параллельна хорде профиля. Это допущение да-

ёт погрешность расчётов 4…5%. Момент сопротивления профиля W_xx относительно этой оси также минимален.

Рис.1.5 Газодинамические усилия, действующие на профиль лопатки

При определении изгибных напряжений лопатка рассматривается как

консоль (см. рис.1.5), нагружённая равномерно распределённой нагрузкой q = P/ℓ_л, при этом изменением давлений на профиль по высоте пренебрега-ем; наибольший изгибающий момент будет в корневом сечении. Влияние бандажа и проволочных связей на изгибающие усилия (для простоты рас-смотрения) не учитвается.

а) б)

Рис.1.6 Схема нагружения пера лопатки

а) – воздействие бандажа и проволочных связей на изгиб лопатки;

б) – восстанавливающее воздействие центробежных сил.

Бандажные и проволочные связи препятствуют изгибу лопаток (см. рис.1.6, а), так как в месте крепления бандажа и проволочных связей воз-никают моменты: М_б; М₁; М₂; М₃, направленные против изгибающего момента от газодинамических усилий. По этой причине лопатки частично разгружаются. Как показывают расчёты, величина разгрузки от бандажа может достигнуть 25…30%. Под действием парового потока лопатка изги-бается, но центробежные силы, действуя на изогнутую лопатку, создают восстанавливающий момент, обратный моменту от изгибающих сил, уме-ньшая, напряжения изгиба (см. рис. 1.6, б). Разгрузка центробежными силами не превышает 10% от момента газодинамического изгиба лопатки. Поэтому для лопаток первых и промежуточных ступеней паровых турбин влиянием этой разгрузки пренебрегают.

Дата добавления: 2015-08-05