С насадными полумуфтами

Рис. 26.6. Конструкция полужесткой муфты ЛМЗ

1, 8 – соединяемые валы; 2, 7 – полумуфты; 3 – призонный болт; 4 – гайка; 5 – соединительный элемент; 6 – компенсатор; 9 – конический болт (для повторяемости сборки)

26.2. Оценка надежности ротора паровой турбины

Роторы турбин подвержены воздействию статических и динамических нагрузок. Статические нагрузки формируются под воздействием крутящего момента, создаваемого в проточной части турбины окружными усилиями и передаваемого через диски на вал и далее через муфту на ротор генератора. Крутящий момент создает в материале вала касательные напряжения. Под действием собственного веса ротор (вал) изгибается, при вращении возникают напряжения изгиба. Под действием осевого усилия в зависимости от места расположения осевого подшипника вал испытывает напряжения сжатия или растяжения.

Касательные напряжения вычисляются по максимальному значению крутящего момента М_кр (обычно перед муфтой генератора) и моменту сопротивления вала диаметром d кручению W_кр=2I_p/d (I_p- полярный момент инерции рассматриваемого сечения вала):

=М_кр/W_кр. (26.1)

Для сплошного вала W=d³/16, а для вала с центральным отверстием диаметром d₀ W_кр =(d³- d₀³)/16. Крутящий момент оценивается по значениям эффективной мощности в рассматриваемом сечении ротора турбины и круговой частоты =2т: М_кр=N_е/. Условие прочности при кручении вала проверяется сравнением уровня касательных напряжений с допустимым значением []=_Т/n_ где _Т0,65_0,2. Поскольку кроме касательных в роторе возникают и изгибные напряжения, а в условиях короткого замыкания электрогенератора и динамические составляющие сложного напряженного состояния, то принимают условие n_4…6. Следует помнить, что место действия максимальных касательных напряжений из-за разных диаметров вала может не совпадать с сечением, в котором формируется максимальный крутящий момент.

Напряжения от изгиба (под действием массы ротора) и сжатия (растяжения) от воздействия осевого усилия определяются по формуле

, (26.2)

где изгибающий момент М_изг вычисляется по известным выражениям для модели балки, опертой в нескольких точках и нагруженной собственным весом. Изгибные напряжения от собственного веса ротора невелики и обычно не превышают 10-20 МПа (они более значимы при расцентровках роторов). Совместное воздействие кручения, изгиба и сжатия (растяжения) вызывает касательное напряжение

. (26.3)

Данные формулы применимы для поверочного расчета. Чаще всего ротор конструируется из условий обеспечения вибрационной надежности. При коротком замыкании внезапно создается тормозящий момент и ротор турбины, обладающий большой массой, за счет инерции создает в теле вала крутящий момент, который рассчитывается с учетом крутильных колебаний валопровода турбины и генератора.

Пример: Оценить запас прочности по касательным напряжениям шейки ротора диаметром d=0,325 мм в области осерадиального подшипника (ЦВД турбины). Эффективная мощность N_е^ЦВД=115 МВт.

Решение: Крутящий момент М_кр=N_е/=11510⁶/314=0,36610⁶ Нм.

Момент сопротивления W_р=d³/16=0,325³/16=6,7410^-3 м³.

Тогда =0,36610⁶/(6,7410^-3)=54,310⁶ Па=54,3 МПа.

Коэффициент запаса n_=_Т/=331,5/54,3=6,1, где _Т0,65_0,2=0,65510=331,5 МПа, а _0,2=510 МПа при заданной температуре материала ротора.