Напряжения в рабочих лопатках от центробежных и газовых сил.
Изгиб лопатки центробежными силами. Разгрузка лопаток от напряжений изгиба. Изгиб лопатки центробежными силами имеет место в том случае, когда центры масс сечений лопатки по ее высоте не совпадают с осью 0r . Причинами отклонения линии центров масс сечений от оси 0r могут быть:
– погрешности конструкторского и технологического характера;
– упругие деформации пера лопатки под действием газовых сил;
– преднамеренное смещение (вынос центров масс) для разгрузки лопатки от изгибающих моментов газовых сил моментами от центробежных сил.
Элементарные изгибающие моменты от действия составляющей dPц r в произвольном сечении пера i − i относительно осей 0 x и 0 y имеют вид:
dM ц х = dРц r ( y − yi ) , dM ц y = dРц r ( x − xi ) ,
где y и x – координаты центра массы выделенного элемента; yi и xi – координаты центра массы рассматриваемого произвольного сечения.
Изгибающие моменты от центробежных сил, действующие на элементы пера лопатки, расположенные выше рассматриваемого сечения, относительно осей 0x и 0y примут вид:
R2 R2
M ц xi = ∫ ( y − yi )dPц r , M ц yi = ∫ ( x − xi )dPц r .
ri ri
Определение моментов выполняется численно путем замены интегралов суммами конечных разностей. Величина dPц r берется из расчета напряжений растяжения от действия центробежных сил.
Изгиб лопатки газовыми силами
При обтекании лопаток воздухом (газом) на выделенное сечение пера лопатки действует элементарная газодинамическая сила, равнодействующая которой dP приложена в центре давления профиля лопатки. Эта сила, разложенная по осям на две составляющие dPx и dPy , вызывает изгиб лопатки в плоскости оси вращения r0 и в плоскости r0x , перпендикулярной ей. Кроме того, на лопатку действует разность статических давлений ( p2 − p1 ), также вызывающая изгиб лопатки в плоскости оси вращения r0y .
Изгибающий момент в сечении, расположенном на расстоянии ri от оси вращения, от интенсивности газовой нагрузки PU относительно оси 0y в плоскости вращения r0 x , действующий на участке dr , расположенном на радиусе r , будет равен:
R2 PU
M Г * i = ∫ PU (r − ri ) =------( R2 − ri ) 2 .
ri 2
Напряжения возникающие в хвостовиках Т-образного типа лопатки
Хвостовики рассмотренной конструкции пригодны только для коротких лопаток, центробежная сила которых невелика. При больших высотах лопаток центробежная силаR, приложенная в плоскостях контакта вызывает в сечениях диска высокие напряжения изгиба. Это может привести в зоне высоких температур к появлению трещины длительной прочности и требует увеличения толщины диска на периферии. Для уменьшения напряжений в ободе диска на хвостовой части лопатки выполняют замки (рис.13) с плотным контактом поверхностей хвостовика и диска. Под действием центробежной силы R j, приложенной к опорной поверхности обода в месте контакта, возникает сила R2, уменьшающая изгибающие напряжения в сечении В—В.
Т-образные хвостовики широко применяют ЛМЗ и ТМЗ в турбинах разных типов.
Рис 11 Рабочая лопатка с Т-образным хвостовиком
а- хвостовое соединение; б — колодец для заводки лопаток; в — крепление замковой рабочей лопатки заклепкой, г — разгиб щеки диска центробежной силой лопатки.