4. Расчет закрутки последней ступени

В любой ступени параметры потока изменяются не только вдоль оси, но и по высоте лопаток. В ступенях с относительно короткими лопатками, у которых отношение среднего диаметра к высоте d_ср/l₂ ≥ 10, эти изме-нения сравнительно невелики и при расчете таких ступеней изменением параметров по высоте пренебрегают. Так рассчитывают, например, ступе-ни ЧВД и часть ступеней ЧСД турбин малой и средней мощности. В ступе-нях с длинными лопатками, у которых отношение d_ср/l₂ ≤ 10, параметры потока по высоте лопаток изменяются уже весьма значительно. Кроме того, существенно возрастает окружная скорость по высоте. Суммарное влияние этих факторов приводит к изменению степени реактивности, треугольников скоростей, перераспределению расхода и пр. и побуждает закручивать лопатки, изменяя их профиль по высоте в соответствии с изменением углов потока. Это касается ступеней ЧНД и части ступеней ЧСД (а иногда и всей турбины). Закрученная лопатка показана на рис. V.1. Порядок расчета закрутки приведен в Приложении III.

5. Расчеты на прочность

5.1. Определение осевого усилия на ротор

Расчет осевого усилия выполняется упрощенно в пределах первой нерегулируемой ступени; полученное значение умножается на число ступеней. Определяются две главные составляющие осевого усилия: на рабочих лопатках и на поверхности диска с учетом влияния разгрузочных отверстий и протечек через диафрагменные и корневые уплотнения. Методика расчета приведена в Приложении IV. Особое внимание следует обратить на правильное определение перепада давлений на поверхности диска . Если суммарное осевое усилие на упорный подшипник турбины превышает максимально допустимое для подшипника 30 т (300000 н), необходимо снизить его с помощью разгрузочного поршня, который устраивается в зоне переднего концевого уплотнения, рис. IV.2.

Разгрузочный поршень обычно выполняется в виде втулки, наса-женной на вал турбины в зоне переднего концевого уплотнения. На пор-шень действует разгрузочное усилие R_разгр, направленное противоположно суммарному осевому усилию . Оно возникает за счет большой раз-ности давлений по обе стороны поршня, так как давление перед поршнем равно давлению после сопел регулирующей ступени , бар, а давление за поршнем практически равно давлению в конденсаторе Р_к, бар.

5.2. Расчет лопатки последней ступени

Рабочие лопатки испытывают напряжение изгиба от воздействия потока пара и напряжение растяжения от центробежной силы собственной массы и массы бандажа. В длинных лопатках последних ступеней ЧНД напряжения особенно велики и порой достигают предельных значений. Если в упрощенной постановке задачи принять линейный закон изменения площади профиля лопатки от корневого сечения к периферийному, то наиболее опасным сечением окажется корневое. Тогда можно ограничиться определением напряжений только в этом сечении. Методика упрощенного расчета приведена в Приложении V. Здесь следует обратить внимание на правильное определение геометрических характеристик прикорневого профиля рабочей лопатки – площади профиля f_к и мини-мального момента сопротивления профиля изгибу W_min.