ВВЕДЕНИЕ. Рабочие и направляющие лопатки турбин имеют три основных части: корень (хвост)

Рабочие и направляющие лопатки турбин имеют три основных части: корень (хвост), при помощи которого они закрепляются на роторе или корпусе, профильную (рабочую) часть, обтекаемую паровым потоком и вершину.

Конструкция и размеры профильной части лопатки определяются в результате теплового расчета проточной части турбины. Конструкции корней весьма разнообразны и зависят от величины действующих нагрузок. Для рабочих лопаток паровых турбин часто применяются Т – образные лопатки.(рисунок)

Вершины коротких активных лопаток, как правило, имеют выступы (шипы), на них одевается бандажная лента и закрепляется шипом.

Все силы, действующие на рабочие лопатки турбины при ее работе, можно разделить на статические и динамические.

К статическим относятся центробежные силы собственной массы лопаток и их связей (бандажа и скрепляющей проволоки) а так же среднее газодинамическое усилие от действия парового потока, обтекающего лопатку. Эти силы постоянны во времени для любого установившегося режима работы турбины.

Центробежные силы в профильной части лопатки вызывают напряжения растяжения, а в корневой части возникают напряжения растяжения, среза и смятия. При определенных размерах и выбранном материале величина этих напряжений однозначно определяется частотой вращения ротора. Расчетным режимом для турбины АЭС является режим максимальной нагрузки. Кроме того, напряжения проверяются при предельной частоте вращения (на 8-10% больше n_ном)

n_расч = (1,08-1,1)n_ном

Газодинамическое усилие действующее на рабочую лопатку при протекании через лопаточные каналы рабочего тела, может быть условно представлено в виде суммы двух составляющих: постоянной, вызывающей в профильной части лопатки статические изгибные напряжения, и переменной, возникающей вследствие фактической неравномерности набегающего на лопатку парового потока и обуславливающей вибрации лопаток и возникновение в них динамических напряжений. Напряжениями кручения, которые могут возникнуть в лопатке под действием газодинамических усилий, обычно пренебрегают. На сегодняшнем занятии рассмотрим статические силы, действующие на турбинные лопатки, и вызываемые ими напряжения.

Рис.1. 1-профильная (рабочая) часть лопатки; 2-корень (хвост) лопатки; 3-связывающая проволока; 4-бндаж; 5-шип.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ОТ ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Центробежная сила, создаваемая массой лопатки при ее вращении, определяется выражением

С=М_Лω²rn

где М_Л = ρ_mV – масса лопатки, кг;

ρ_m – плотность материала лопатки, кг/м³;

V – объем, занимаемый лопаткой, м³;

Ω = 2πn – угловая скорость вращения ротора, 1/с;

r – отстояние центра массы лопатки от оси вращения, м.

Под действием центробежной силы корень лопатки испытывает напряжение растяжения, смятия и среза, которые в рассчитываемых сечениях определяются по формуле

где ∑С – сумма центробежных сил всех частей лопатки, лежащих над расчетным сечением, Н;

F – площадь расчетного сечения или поверхности, м².

В корневой части лопатки центробежные силы создают наибольшие напряжения растяжения в сечениях АВ, напряжения среза возникают в сечениях АА^/ и ВВ^/, напряжения снятия возникают в опорных поверхностях по сечениям АD и ВС Т-образного корня. Кроме того, в корнях лопаток от действия парового усилия возникают напряжения изгиба, которые обычно не учитываются, так как при плотной подгонке корней соседних лопаток друг к другу эти напряжения малы.

В бандажной ленте и скрепляющей проволоке под действием центробежных сил их собственных масс возникают напряжения изгиба. Шип лопатки испытывает растягивающие напряжения от центробежных сил части бандажа длиной, равной шагу t_б между двумя соседними лопатками, а в расклепке шипа возникают напряжения среза от тех же усилий.

В рамках курсового проектирования, да и мы сегодня будем определять только прочность наиболее напряженной профильной части рабочих лопаток.

Под действием центробежных сил профильная часть лопаток осевых турбин испытывает напряжения растяжения. Если линия действия центробежной силы не проходит через центр тяжести рассчитываемого поперечного сечения лопатки, то центробежные силы вызывают также изгиб лопатки. Изгибные напряжения от действия центробежных сил малы и по этой причине не рассчитываются.

Для турбинной с постоянными по высоте профиля (F=const) центробежная сила профильной части определяется по формуле

, Н

где ℓ_л – высота профильной части рабочей лопатки, м;

r_ср = - средний радиус облопачивания, м;

ρ – плотность, кг/м³;

- окружная скорость по среднему радиусу, м/с;

λ=

Напряжения растяжения достигают максимума в корневом сечении лопатки и определяется как

, Н/м²

Учитывая, что для стальных лопаток плотность ρ_m = 7750 кг/м³

, Н/м²;

Дата добавления: 2015-08-05