6.4. Розрахунок кришок турбін та інших кільцевих деталей на міцність

Кришка турбіни, верхнє кільце напрямного апарату і аналогічні деталі інших вузлів, навантажені осесиметричними силами, розраховують наближеними методами як кільця, що піддаються дії рівномірно розподілених по їх колу тангенційних моментів і зовнішніх радіальних сил (рис. 6.11, а), які можна замінити рівнодіючими силами Р_zі і Р_rі (в осьовому і радіальному напрямах.

Розрахунок проводять у такій послідовності:

1) викреслюють відповідно до рис. 6.12 схеми навантаження кришки турбіни для усіх розрахункових станів;

2) знаходять геометричні розмірні характеристики кришки, для чого будують переріз і відповідно до рис. 6.12, а розбивають його на ряд елементарних площадок, і визначають l, m, n або l', m', n';

а)	б)
Рис. 6.11. Схеми навантаження кришки турбіни: а – меридіанного перерізу; б – аналогічного перерізу апроксимуючого кільця

Рис. 6.12. До визначення напруг у кришці турбіни:

а - до графоаналітичного методу визначення геометричних характеристик кришки турбіни;

б - навантаження перерізу при робочому стані турбіни;

в- навантаження перерізу при скиданні навантаження;

г - картина деформованого стану фланця; д – схема навантаження умовно вирізаного ребра

3) визначають сили і моменти: силу гідравлічного надмірного тиску за (6.41) для радіально-осьових і за (6.42) для поворотнолопатевих турбін /при скиданні навантаження Р_крш визначається за (6.43)/; силу ваги кришки і деталей напрямного апарату G_крш; силу, з якою п'ята впливає на кришку у робочому і аварійному станах Р_ос=Р_пят+G_рот і при скиданні навантаження, коли Р_пят=G_рот, де G_рот - вага ротора агрегату, (6.44); радіуси кілець тиску кільцевих поверхонь

де R_і - радіус кола розташування зосереджених сил; радіальні сили Р_rі=р·F_zі, де р - гідравлічний тиск; F_zі=d_і·h - проекція на площину ХОZ циліндричної поверхні, що піддається зовнішнього тиску; для інших поверхонь (трапецієвидних, конічних) F_z знаходять аналогічно;

(6.41)

де - тиск до ущільнень робочого колеса; - абсолютна швидкість у потоці перед робочим колесом; - радіальна або меридіальна складова, що визначається витратою турбіни Q; b₀ - висота напрямного апарату; v_u1 - окружна складова швидкості потоку перед робочим колесом, визначається із основного рівняння турбіни в припущенні що, v_u2⁼0.

(6.42)

Р_врт - спрямована по осі z сила що розтягує колони, викликана гідравлічним тиском у спіральній камері.

(6.43)

де Р_{криш.скид} - сила, що виникає на кришці турбіни при повному скиданні навантаження, коли під кришкою утворюється вакуум, і вона навантажується атмосферним тиском на площі, обмеженій діаметром напрямного апарату D₀; р_скид.=р_вак - надлишковий атмосферний тиск на кришку, що рівний розрідженню під кришкою. Зазвичай приймають вакуум повним, тоді -р_вак =р_атм; р_скид. - тиск при скиданні на частину кришки, розташовану за D₀, визначається за формулою (3.37).

(6.44)

де G׳_буд. - частина ваги будівлі, що передається на статор, задається проектувальниками ГЕС; G_стац.Г. - вага стаціонарних деталей генератора; G_Р=G_рот._Г+G_в.а.+G_Р.К. - вага ротора агрегата, що складається із ваги ротора генератора, валу агрегата і робочого колеса турбіни; G_стац.Т. - вага нерухомих деталей робочих механізмів турбіни.

4) за (6.45), (6.46) або (6.47) визначають М_зд і радіальний момент М_r; за (6.48) -тангенційний момент;

(6.45)

де J – момент інерції фланця відносно розвернутої нейтральної осі, що визначається виходячи з довжини кореневого перерізу L=2·π·R_оп.

(6.46)

де Р׳_zі – зовнішні сили, до яких не входить реакція опори; (R_оп-R_і) – відстань від опори до точки прикладення сили у напрямі радіуса.

(6.47)

(6.48)

5) за (6.49) або (6.50) обчислюють тангенційні напруги σ_t і за (6.51) σ_tr для усіх розрахункових станів;

(6.49)

(6.50)

(6.51)

де знаки визначаються у відповідності із напрямом діючих сил і момента.

6) за (6.52) або (6.53) знаходять кут деформації  і прогини кришки або кілець із формули Δ=l·tg ≈l·, де l=R_оп-R_і; R_б=R_оп; R_і - радіус точки, у якій визначається прогин; мінімальні зазори між зв'язаними поверхнями деталей визначаються при R_і=R_мін як різниця

Δ_мін=Δ_з-Δ_макс,

де Δ_з - заданий кресленням зазор без урахування прогину; обов'язково визначають Δ_мін біля вихідних кромок лопатей.

(6.52)

(6.53)

7) знаходять за (6.54) напругу у фланці кришки;

(6.54)

де ; - момент опору фланця, довжина якого L=π·d_фл; J׳ - момент інерції перерізу при наявності косинок; l₁ - відстань від місця закріплення фланця до осі болта.

8) визначають напругу у болтах.

Напругу у ребрах визначають в перевірочних розрахунках.

Аналогічно розраховують верхнє кільце напрямного апарату.