3.5. Послідовність розрахунку спіральних камер на міцність

Розрахунок спіральних камер великих турбін на міцність часто виконується у два етапи: попередній, при якому вибирають товщину листів і проектують камеру та перевірочний, при якому застосовують уточнені методи розрахунку, враховують вплив бетону, динамічність навантаження та інші фактори.

Для попередніх розрахунків застосовується і дещо інший метод, що враховує результати міцнісних досліджень спіральних камер. Тут спочатку визначають напругу як у безмоментному торі, а жорсткість статора і його вплив у зоні примикання ланки враховують коефіцієнтом підвищення навантаження, отриманим в результаті обробки експериментальних даних

_(3.36)

Рис. 3.7. До визначення товщини ланок спіральної камери

Розрахунок спіральної камери виконується після гідродинамічного розрахунку, побудови її теоретичного контура і розбиття на ланки. Його ведуть в наступній послідовності.

1. Визначають необхідні значення розрахункових напорів, у тому числі Н_макс=(1+ξ)·Н, де Н - розрахунковий напір турбіни; ξ - коефіцієнти підвищення тиску при скиданні навантаження. Розрахунковий тиск при робочому режимі р=ρ·g·Н і тиск при скиданні навантаження

р_макс=ρ·g·(1+ξ)·Н. (3.37)

Якщо розрахунок ведеться у повній відповідності з методом, викладеним за формулами (3.6), (3.7) і (3.25) для круглих перерізів і за формулами (3.8), (3.9) і (3.26) - для овальних, визначають меридіональні Т_м і кільцеві Т_к сили, що діють на одиницю довжини відповідних перерізів в усіх характерних точках а, в, с (див. рис. 3.4, г); за формулами (3.32) і (3.33) знаходять значення таких же сил, що діють на спряженні поверхонь А і Б в точці е.

При розрахунку з поправочним коефіцієнтом χ_ц одиничні сили Т_м і Т_к обчислюють в тих же точках а, в, с (рис. 3.6, а), але тільки за формулами (3.6), (3.7) для круглих перерізів і за (3.8)÷(3.11) - для овальних, причому лімітуючими будуть сили, визначені за (3.10) і (3.11). За (3.36) визначається χ_ц і відповідно до нього одинична сила в закладці

Т_м.зд⁼ χ_ц ·Т_М1,

де Т_М1 - знаходять за формулою (3. 10).

2. Будують графік (рис. 3.7, а), що виражає залежність де φ_r - кут охвату спіральної камери (початок відліку від вхідного перерізу). Значення Т_м наносять для усіх розрахункових точок.

Визначають відповідно до допустимих значень напруги товщини листів за загальною ^{розрахунковою формулою}

При цьому зручно нанести на графіку, задавшись граничною товщиною листів, горизонталі, що відповідають маркам сталі, що використовується (рис. 3.7, а), - при товщині листів δ=32 мм і прийнятих за таблицею допустимих напругах. Очевидно, що усі ланки, значення розрахункових сил у яких розташовані нижче будь-якої із цих горизонталей, можуть бути виконані із відповідних марок сталей, причому необхідна товщина ланок у заданому перерізі визначається із відношення ординат горизонталі і розрахункової сили.

На рис. 3.7, б показаний розподіл вибраних таким чином листов із різних сталей по ланках спіральної камери, відповідно до показаного там же розрахункового графіка. Причому різна товщина і матеріали застосовуються в межах однієї ланки. При виборі марки сталі перевага надається найбільш пластичній і дешевій сталі МСт3, потім 10ХСНД і в крайніх випадках слід застосовувати СК2.

2. За формулами (3.32) і (3.33) при вибраній товщині визначають найбільшу напругу в овальних перерізах, викликану зміною кривизни в точці е. Якщо ця напруга виявиться вища за допустиму, то товщина або марки матеріалів коригуються відповідно до таблиць.

3. За загальною формулою обчислюють напругу в усіх ланках і розрахункових точках спіральної камери. За наявності конічної оболонки, що примикає до статора, напруги в зоні спряження із козирком визначають за формулою (3.34), а при наявності ребер, що зв'язують оболонку із статором, за формулою (3.35).

4. Складають таблицю напруг, отриманих в усіх ланках, розрахункових точках і перехідних перерізах, або графік напруги, подібний до графіка одиничних сил (останній наочніший).

Розрахунок оболонок литих і зварно-литих камер виконують так само, але тільки по першому варіанту, без урахування коефіцієнта χ_ц.

Динамічні складові напруги у спіральних камерах за звичайних умов роботи не перевищують рівня 10% їх статичних значень. Це дозволяє вважати, що міцність забезпечується прийнятими значеннями допустимої напруги. Найбільше значення динамічні навантаження мають при різко виражених перехідних і нерозрахункових режимах, особливо у високонапірних радіально-осьових турбінах. їх визначення розрахунковим шляхом представляє великі труднощі, а спеціальні методи розрахунку недостатньо розроблені.