1.Вибрация валопровода. Причины возникновения и возможные частоты.

Основные причины вибрации:

1. неуравновешенность ротора;

2. расцентровка валопровода, из-за смещения или излома осей ротора, соединенных муфтой.

Изготовить валопровод идеально уравновешенным практически не возможно, поэтому каждый ротор после его изготовления или ремонта подвергается динамической балансировке – (подбор величин и мест установки специальных грузов, компенсирующих первоначальную неуравновешенность ротора).

Возможные частоты:

1. Высокочастотная вибрация валопровода, с частотой f=2n (удвоенная частота вращения), источником которой является ротор двухполюсного электрического генератора, такой ротор имеет две обмотки, на противоположных сторонах, вследствие чего его изгибная жесткость в двух взаимно перпендикулярных направлениях может различаться на 30-40 % (четырех полюсные электрогенераторы тихоходных турбин менее подвержены высокочастотной вибрации).

2. Самовозбуждающаяся (автоколебания) низкочастотная вибрация валопровода, f=n/2.Циркуляционные силы, вызывающие вибрацию, имеют гидродинамическую природу – они возникают в масляных пленках опорных подшипников и в проточной части турбины (в диафрагменных, периферийных и концевых уплотнениях).

2.Силы, действующие на рабочие лопатки.

Н а рабочую лопатку действуют:

Рабочие лопатки являются наиболее нагруженными элементами (деталями) турбины:

-при вращении центробежные силы вызывают высокое напряжение растяжения, стремящееся разорвать лопатку (вырвать ее из диска);

-паровой поток – окружная сила, создающая полезный крутящий момент на валу турбины, изгибает рабочую лопатку в плоскости диска;

-под действием градиента давления р=р₁-р₂ (в ступенях с реактивностью >0) возникают изгибные напряжения в плоскости оси турбины.

Изгибающие силы парового потока не постоянны во времени. Это приводит к возникновению колебаний рабочих лопаток (вибрации). Особенно большие переменные нагрузки действуют на рабочие лопатки парциальных ступеней (регулирующих ступеней).

3.Определение напряжений растяжений от центробежных сил в рабочих лопатках.

Р ассмотрим рабочую лопатку переменного сечения, вращающуюся вместе с диском с угловой скоростью .

На элемент лопатки длиной dz действует центробежная сила

(1)

где _л – плотность материала лопатки; F(z) – площадь поперечного сечения лопатки на расстоянии z от корня.

Растягивающие центробежные усилия в сечении z получим, проинтегрировав (1) в пределах от z до l

(2)

Кроме собственной массы, лопатка нагружена центробежными силами бандажа и проволоки, которые, отнесенные к одной лопатке (шагу), соответственно равны

(3)

где F_б, F_пр – площадь поперечного сечения бандажа и проволоки; t_б, t_пр – шаги по окружностям связей; r_б, r_пр – радиусы центров поперечного сечения бандажа и проволоки.

Суммарная центробежная сила в сечении z

Напряжение растяжения в сечении z от центробежных сил

Определим напряжение растяжения в рабочей лопатке постоянного по высоте сечения без бандажа и проволочных связей.

Для лопатки постоянного сечения F(z)=F=const. Перейдем к безразмерной координате , тогда

(6)

где ; d_cp – средний диаметр.

Напряжение достигает наибольшего значения в корневом сечении, где , и равно

Длинные лопатки выполняют переменного профиля, с уменьшающейся площадью поперечного сечения от корня к периферии. В этом случае существенно ниже и определяется с учетом разгрузочного коэффициента, равного отношению максимального в корневом сечении переменного профиля к максимальному в рабочей лопатке постоянного сечения .