3. Розрахунок робочого колеса на міцність.

   1. Лопаті робочого колеса.

Спрощену модель лопаті робочого колеса показано на рис.3.1. [2] у вигляді защемленої пластини висотою , на яку діють тиск води інтенсивністю q та сили інерції, що виникають при обертанні робочого колеса.

Рис. 3.1 Розріз радіально-осьової турбіни

Визначаємо центр пластини з радіусом:

де - ширина лопаті, яка залежить від :

Визначаємо силу :

де - кількість лопатей; з [3] дод.5.1.

Визначаємо інтенсивність взаємодії з водою:

Тоді на опорах пластини виникають:

• згинальний момент:

• поперечна сила:

Відцентрова сила, що діє на лопать, визначається за формулою:

де - сила земного тяжіння;

- обертова швидкість, ;

- вага лопаті, яка залежить від товщини :

Поперечна сила, яка діє на лопать від відцентрової сили, визначається за формулою:

Визначаємо напруження в пластині:

• згинальні від моменту :

• зрізу від сили :

• зрізу від відцентрової сили :

Визначаємо сумарне напруження зрізу:

Приведене напруження:

2. Розрахунок вала вертикального агрегата.

Вал вертикального агрегата знаходиться під дією напружень розтягнення і кручення.

Вал розраховується на міцність за III теорією міцності – теорією найбільших дотичних напружень.

Приведені напруження визначаються за залежністю:

Напруження розтягу визначаються від дії осьового навантаження води , маси робочого колеса , маси вала :

де - діаметр вала турбіни:

Приймаємо

- діаметр отвору вала.

Осьове навантаження від води на робоче колесо визначається за формулою:

де – коефіцієнт, що залежить від типу турбіни ([2], табл. 1).

Маса робочого колеса залежить від його діаметра і визначається за формулою:

де – коефіцієнт для радіально-осьових гідротурбін.

Масу вала робочого колеса визначають за його довжиною і діаметрами зовнішнім та внутрішнім :

Внутрішній діаметр вала визначається за формулою:

де - напруження кручення в тілі вала:

- полярний момент інерції:

Попередньо задаємось

Визначаємо наступні величини:

3. Фланець вала.

Конструкція і розміри фланця наведено на рис.3.2.

Таблиця 2.

Конструктивні розміри фланця

Назва параметра	Розміри відносні	Примітка
Діаметр вала	dВ = 1,5 м	rв= 0,5·dВ=0,5∙1,5=0,75 м
Діаметр фланця	Dф = (1,5 – 1,85) dВ= =1,6∙1,5=2,5 м	r1=0,5Dф =0,5∙2,5=1,25 м
Діаметр кола розміщення болтів	Dб = (1,3 – 1,45) dВ= =1,35∙1,5=2,0 м	r3= 0,5·Dб=0,5∙2,0=1,0 м
Висота фланця	t = (0,2 – 0,27) dВ= =0,23∙1,5 =0,35 м	-
Діаметр болта	dб = (0,1 – 0,17) dВ= =0,13∙1,5=0,195 м	dб = 0,196м
Кількість болтів: dВ = 250 – 800 мм dВ = 750 – 1600 мм	zб = 16– 22 шт zб = 16 – 22 шт	zб = 20 шт

Розрахунок на міцність фланця виконується за наступними напруженнями:

• радіальне напруження:

• тангенціальне напруження;

де - розрахункова сила, що залежить від радіуса розміщення болтів:

- середній радіус вала:

– товщина стінки вала:

- коефіцієнти, які залежать від співвідношенням зовнішнього радіуса фланця до середнього радіусу вала :

=13,7.

- коефіцієнт, що враховує співвідношення елементів фланця і вала: