Розрахунок кришок турбін та інших кільцевих деталей на міцність

Кришка турбіни, верхнє кільце напрямного апарату і аналогічні деталі інших вузлів, навантажені осесиметричними силами, розраховують наближеними методами як кільця, що піддаються дії рівномірно розподілених по їх колу тангенційних моментів і зовнішніх радіальних сил (рис. 6.11, а), які можна замінити рівнодіючими силами Рzі і Рrі (в осьовому і радіальному напрямах.

Розрахунок проводять у такій послідовності:

1) викреслюють відповідно до рис. 6.12 схеми навантаження кришки турбіни для усіх розрахункових станів;

2) знаходять геометричні розмірні характеристики кришки, для
чого будують переріз і відповідно до рис. 6.12, а розбивають його на
ряд елементарних площадок, і визначають l, m, n або l', m', n';

 

а)   б)  
Рис. 6.11. Схеми навантаження кришки турбіни: а – меридіанного перерізу; б – аналогічного перерізу апроксимуючого кільця

 

   
     

Рис. 6.12. До визначення напруг у кришці турбіни:

а - до графоаналітичного методу визначення геометричних характеристик кришки турбіни;

б - навантаження перерізу при робочому стані турбіни;

в- навантаження перерізу при скиданні навантаження;

г - картина деформованого стану фланця; д – схема навантаження умовно вирізаного ребра

 

3) визначають сили і моменти: силу гідравлічного надмірного тиску за (6.41) для радіально-осьових і за (6.42) для поворотнолопатевих турбін /при скиданні навантаження Ркрш визначається за (6.43)/; силу ваги кришки і деталей напрямного апарату Gкрш; силу, з якою п'ята впливає на кришку у робочому і аварійному станах Рос=Рпят+Gрот і при скиданні навантаження, коли Рпят=Gрот, де Gрот - вага ротора агрегату, (6.44); радіуси кілець тиску кільцевих поверхонь

де Rі - радіус кола розташування зосереджених сил; радіальні сили Рrі=р·Fzі, де р - гідравлічний тиск; Fzі=dі·h - проекція на площину ХОZ циліндричної поверхні, що піддається зовнішнього тиску; для інших поверхонь (трапецієвидних, конічних) Fz знаходять аналогічно;

(6.41)

де - тиск до ущільнень робочого колеса; - абсолютна швидкість у потоці перед робочим колесом; - радіальна або меридіальна складова, що визначається витратою турбіни Q; b0 - висота напрямного апарату; vu1 - окружна складова швидкості потоку перед робочим колесом, визначається із основного рівняння турбіни в припущенні що, vu2=0.

(6.42)

Рврт - спрямована по осі z сила що розтягує колони, викликана гідравлічним тиском у спіральній камері.

(6.43)

де Ркриш.скид - сила, що виникає на кришці турбіни при повному скиданні навантаження, коли під кришкою утворюється вакуум, і вона навантажується атмосферним тиском на площі, обмеженій діаметром напрямного апарату D0; рскид.=рвак - надлишковий атмосферний тиск на кришку, що рівний розрідженню під кришкою. Зазвичай приймають вакуум повним, тоді -рвак =ратм; рскид. - тиск при скиданні на частину кришки, розташовану за D0, визначається за формулою (3.37).

(6.44)

де G׳буд. - частина ваги будівлі, що передається на статор, задається проектувальниками ГЕС; Gстац.Г. - вага стаціонарних деталей генератора; GР=Gрот.Г+Gв.а.+GР.К. - вага ротора агрегата, що складається із ваги ротора генератора, валу агрегата і робочого колеса турбіни; Gстац.Т. - вага нерухомих деталей робочих механізмів турбіни.

4) за (6.45), (6.46) або (6.47) визначають Мзд і радіальний момент Мr; за(6.48) -тангенційний момент;

(6.45)

де J – момент інерції фланця відносно розвернутої нейтральної осі, що визначається виходячи з довжини кореневого перерізу L=2·π·Rоп.

(6.46)

де Р׳zі – зовнішні сили, до яких не входить реакція опори; (Rоп-Rі) – відстань від опори до точки прикладення сили у напрямі радіуса.

(6.47)

(6.48)

5) за (6.49) або (6.50) обчислюють тангенційні напруги σt і за (6.51) σtr для усіх розрахункових станів;

(6.49)

(6.50)

(6.51)

де знаки визначаються у відповідності із напрямом діючих сил і момента.

6) за (6.52) або (6.53) знаходять кут деформації q і прогини кришки або кілець із формули Δ=l·tg q≈l·q, де l=Rоп-Rі; Rб=Rоп; Rі - радіус точки, у якій визначається прогин; мінімальні зазори між зв'язаними поверхнями деталей визначаються при Rі=Rмін як різниця

Δмін=Δз-Δмакс,

де Δз - заданий кресленням зазор без урахування прогину; обов'язково визначають Δмін біля вихідних кромок лопатей.

(6.52)

(6.53)

7) знаходять за (6.54) напругу у фланці кришки;

(6.54)

де ; - момент опору фланця, довжина якого L=π·dфл; J׳ - момент інерції перерізу при наявності косинок; l1 - відстань від місця закріплення фланця до осі болта.

8) визначають напругу у болтах.

Напругу у ребрах визначають в перевірочних розрахунках.

Аналогічно розраховують верхнє кільце напрямного апарату.

 

Запитання до змістового модуля № 1.