3. Расчет элементов турбины на прочность

3.1.1. Расчет рабочих лопаток регулирующей ступени на изгиб и растяжение при режиме первого полностью открытого клапана

Центробежная сила массы всей лопатки:

;

где: .

Масштабный коэффициент:

.

Площадь лопатки с учетом масштабного коэффициента:

Центробежная сила от бандажа:

;где:

Радиус бандажа:

Ширина бандажа:

Шаг:

.

Напряжения растяжения в корне лопатки:

.

Лопатка выполнена из стали 15Х12ВМФ.

Расчет лопаток на изгиб от парового усилия.

Паровое усилие Р раскладывается на составляющие:

Из предыдущих расчетов:

G = 60,185 кг/с; ; z = 189; P₁ = 4,99 МПа;

Р₂ = 4,853 МПа; t_cp = 17,45 мм; l_л =28,11 мм.

Производим пересчёт скоростей пара:

Окружное и осевое усилие будут:

В проекциях на оси X,Y:

Изгибающие моменты в опасном корневом сечении:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках (из атласа профилей):

Хорда и площадь сечения профиля Р-26-17А: b_т = 25,7 мм, f_т = 2,07 см².

Масштабный коэффициент:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках с учетом масштабного коэффициента:

Напряжения в характерных точках профиля:

Напряжения изгиба на входной кромке:

Напряжения изгиба на выходной кромке:

Т.к расчетное напряжение больше допустимых, то в процессе работы данная лопатка будет разрушена. Для уменьшения напряжений увеличим хорду лопатки и повторим расчет.

Хорда профиля

Шаг решётки

Число рабочих лопаток:

Расчет рабочих лопаток регулирующей ступени на изгиб и растяжение при режиме первого полностью открытого клапана

Центробежная сила массы всей лопатки:

;

где: .

Масштабный коэффициент:

.

Площадь лопатки с учетом масштабного коэффициента:

Центробежная сила от бандажа:

;где:

Радиус бандажа:

Ширина бандажа:

Шаг:

.

Напряжения растяжения в корне лопатки:

.

Лопатка выполнена из стали 15Х12ВМФ.

Расчет лопаток на изгиб от парового усилия.

Паровое усилие Р раскладывается на составляющие:

Из предыдущих расчетов:

G = 60,185 кг/с; ; z = 108; P₁ = 4,99 МПа;

Р₂ = 4,853 МПа; t_cp = 30,51 мм; l_л =28,11 мм.

Производим пересчёт скоростей пара:

Окружное и осевое усилие будут:

В проекциях на оси X,Y:

Изгибающие моменты в опасном корневом сечении:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках (из атласа профилей):

Хорда и площадь сечения профиля Р-26-17А: b_т = 25,7 мм, f_т = 2,07 см².

Масштабный коэффициент:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках с учетом масштабного коэффициента:

Напряжения в характерных точках профиля:

Напряжения изгиба на входной кромке:

Напряжения изгиба на выходной кромке:

3.1.2.Расчет рабочих лопаток последней нерегулируемой ступени на изгиб

и растяжение при режиме максимального пропуска пара.

;

где: .

Масштабный коэффициент:

.

Площадь лопатки с учетом масштабного коэффициента:

Центробежная сила от бандажа:

;где:

Радиус бандажа:

Ширина бандажа:

Шаг:

.

Напряжения растяжения в корне лопатки:

.

Лопатка выполнена из стали 15Х12ВМФ.

Расчет лопаток на изгиб от парового усилия.

Паровое усилие Р раскладывается на составляющие:

Из предыдущих расчетов:

G = 150,46 кг/с; ; z = 198; P₁ = 1,389 МПа;

Р₂ = 1,35 МПа; t_cp = 15,21 мм; l_л =109,62 мм.

Производим пересчёт скоростей пара:

Окружное и осевое усилие будут:

В проекциях на оси X,Y:

Изгибающие моменты в опасном корневом сечении:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках (из атласа профилей):

Хорда и площадь сечения профиля Р-30-21А: b_т = 25,6 мм, f_т = 1,85 см².

Масштабный коэффициент:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках с учетом масштабного коэффициента:

Напряжения в характерных точках профиля:

Напряжения изгиба на входной кромке:

Напряжения изгиба на выходной кромке:

Т.к расчетное напряжение больше допустимых, то в процессе работы данная лопатка будет разрушена. Для уменьшения напряжений увеличим хорду лопатки и повторим расчет.

Хорда профиля

Шаг решётки

Число рабочих лопаток:

Расчет рабочих лопаток последней нерегулируемой ступени на изгиб

и растяжение при режиме максимального пропуска пара.

;

где: .

Масштабный коэффициент:

.

Площадь лопатки с учетом масштабного коэффициента:

Центробежная сила от бандажа:

;где:

Радиус бандажа:

Ширина бандажа:

Шаг:

.

Напряжения растяжения в корне лопатки:

.

Лопатка выполнена из стали 15Х12ВМФ.

Расчет лопаток на изгиб от парового усилия.

Паровое усилие Р раскладывается на составляющие:

Из предыдущих расчетов:

G = 150,46 кг/с; ; z =86; P₁ = 1,389 МПа;

Р₂ = 1,35 МПа; t_cp = 35,64 мм; l_л =109,62 мм.

Производим пересчёт скоростей пара:

Окружное и осевое усилие будут:

В проекциях на оси X,Y:

Изгибающие моменты в опасном корневом сечении:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках (из атласа профилей):

Хорда и площадь сечения профиля Р-30-21А: b_т = 25,6 мм, f_т = 1,85 см².

Масштабный коэффициент:

Момент сопротивления изгибу в характерных точках с учетом масштабного коэффициента:

Напряжения в характерных точках профиля:

Напряжения изгиба на входной кромке:

Напряжения изгиба на выходной кромке:

3.2. Определить собственные частоты колебаний пакетов лопаток и построить вибрационную характеристику ротора.

В качестве материала рабочих лопаток регулирующей ступени выбрана сталь марки 15X12ВМФ, имеющая следующие физико-механические характеристики: Плотность:

р = 7850 кг / м³

Модуль упругости: Е = 1,9 10⁵ МПа

Частота собственных колебаний для коротких лопаток.

Отстройка по току Ао

Отстройка по току Во и А₁

Проверка

работу облопачивания можно считать вибронадежной.

3.3. Расчет критической частоты вращения ротора

Формула В.В.Звягинцева:

где D = 1012 мм – максимальный диаметр вала;

L = 3,865 м – расстояние между опорами;

Dотв=100 мм;

 = 7,7910³ кг/м³ – плотность материала ротора (сталь аустенитного класса ЭИ 415);

G – сила веса ротора;

V = 3,909 м³;

G = mV = 9,813,9097,7910³ = 298389,985 Н;

.

3.4. Расчет максимального крутящего момента на валу и диаметр «шейки» вала.

При коротком замыкании крутящий момент на роторе может примерно в 10 раз превышать момент при номинальной нагрузке. Касательные напряжения при коротком замыкании:

,

где .

Ротор изготовлен из стали 20X3ВМФ: [_0,2] = 610МПа.

3.5. Расчет корпуса турбины на прочность в районе выхлопа

Местное абсолютное давление при G_max = 150,46 кг/с:

.

Перепад давлений во внутреннем корпусе:

Р = 1,35– 0,10134 = 1,25866 МПа.

Ориентировочное напряжение в корпусе:

;

где: D = 2024 мм,  = 92 мм < [] = 250 МПа. Материал 20ХМЛ.

Радиальные напряжения:

;

где:

Тангенциальные напряжения:

Напряжения, действующие вдоль оси цилиндра:

.< [] = 250МПа.

Максимально нагружена внутренняя поверхность цилиндра: