2.1. Расчет шипа и ленточной бандажной связи

Рабочие лопатки на собранном колесе связываются бандажами в пакеты. Существуют следующие типы бандажей: ленточные, проволочные и трубчатые. В данном проекте применен ленточный тип бандажа. Ленточные бандажи служат не только для связывания лопаток в пакеты, но и создают также условия для лучшей организации парового потока, уменьшают протечки пара на рабочем колесе. Ленточный бандаж имеет вид полосы с отверстиями под шипы рабочих лопаток. Один бандаж связывает в пакет не менее шести лопаток. Между концами отдельных бандажей выдерживается зазор порядка одного миллиметра, для обеспечения возможности тепловых расширений. После установки бандажа на место шипы расклепываются. Отверстия для шипов пробиваются ручным штампом по подметке при сборке колеса. Это вызвано возможными колебаниями шагов лопаток. Отверстия должны быть скруглены в углах для предотвращения трещин.

Бандаж работает при следующих условиях: центробежная сила собственной массы нагружает на изгиб бандаж между лопатками, добавочные изгибающие напряжения возникают от изгиба лопаток.

Проверка прочности бандажа от действия центробежных сил производится в трех основных сечениях (рис. 2.1.1):

Схема к расчету на прочность ленточного бандажа

Рис. 2.1.1

1) сечение MN

При расчете часть бандажа между лопатками рассматривается как балка длиной t_б (шаг по бандажу) с жестко заделанными концами и с равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью:

где F_б- площадь поперечного сечения бандажа; r_б- радиус его центра тяжести.

Изгибающий момент от центробежной силы в местах заделки, т.е. для ленточного бандажа в сечении MN, рассчитывается по формуле:

2) сечение AB

Широкий бандаж, укрепленный лишь на одном ряде шипов, надо проверить на изгиб, рассматривая свешивающуюся часть бандажа как консоль длиной . Напряжения в сечении АВ можно снизить скосом бандажа на длине a₂, как показано на рис. 2.1.1.

3) сечение М'N'

Свешивающаяся часть бандажа должна быть рассчитана как консольная балка. При длине свешивающейся части изгибающий момент в сечении

т.е. в 1,5 раза больше момента M_Ц в сечении MN.

Шипы лопаток рассчитываются на растяжение от действия центробежных сил собственно шипа с заклепочной головкой и участка ленточной бандажной связи длиной, равной t_б. Центробежная сила ленточного бандажа, приходящаяся на одну лопатку:

Растягивающее напряжение в шипе:

где F_ш- площадь поперечного сечения шипа; z_ш- количество шипов на лопатке.

Результаты расчетов на прочность шипа и ленточной бандажной связи сведены в табл. 2.2.1

Расчёт шипа и ленточной бандажной связи

Таблица 2.2.1

Показатель	Обозначение	Размерность	Формула и обоснование	Значение величины
				1 ступень	Рег. ступень	10 ступень
1	2	4	5	6	7	8
Частота вращения	n	c-1	Задано	50,00	50,00	50,00
Угловая скорость вращения	ω	рад/с		314,16	314,16	314,16
Плотность материала	ρ	кг / м3	-	7727,0	7717,0	7782,0
Осевая ширина рабочей решётки	B	м		0,0286	0,0404	0,0286
Ширина бандажной ленты	Bб	м	Bб = B + (0,002 ÷ 0,005 м)	0,0306	0,0424	0,0306
Толщина бандажной ленты	h	м	Конструктивно	0,005	0,007	0005
Средний радиус по бандажу	rб	м		0,521	0,567	0,668
Диаметр шипа	dш	м	Конструктивно	0,004	0,004	0,004
Число рабочих лопаток	z	шт.	, где tопт по таблицам профилей	171	118	195
Шаг по бандажу	tб	м		0,0191	0,0302	0,0215
Площадь поперечного сечения бандажа	Fб	м2		0,000153	0,000297	0,000153
Площадь сечения шипа	Fш	м2		0,0000126	0,0000126	0,0000126
Интенсивность распределённой нагрузки на пролёт бандажа	q	Н/м		60791,85	128324,82	78513,50
Сечение МN
Площадь сечения	FMN	м2		0,000133	0,000269	0,000133
Изгибающий момент	MMN	Н∙м		1,85	9,76	3,03

Окончание таблицы 2.2.1

1	2	4	5	6	7	8
Момент сопротивления	WMN	м3		1,11∙10ˉ7	3,14∙10ˉ7	1,11∙10ˉ7
Напряжение изгиба	σMN	МПа		16,72	31,12	27,31
Допускаемое напряжение	σдоп	МПа	Из предварительного расчета, п. 2	280,32	247,66	321,40
Коэффициент запаса прочности		-		16,76	7,96	11,77
Сечение AB
Изгибающий момент	MAB	Н∙м		7,12	28,86	9,20
Момент сопротивления	WAB	м3		6,31∙10ˉ8	2,14∙10ˉ7	7,30∙10ˉ8
Напряжение изгиба	σAB	МПа		112,97	134,78	126,05
Допускаемое напряжение	σдоп	МПа	Из предварительного расчета, п. 2	280,32	247,66	321,40
Коэффициент запаса прочности				2,48	1,84	2,55
Сечение M'N'
Изгибающий момент		Н∙м		2,78	14,65	4,54
Момент сопротивления		м3		1,11∙10ˉ7	3,14∙10ˉ7	1,11∙10ˉ7
Напряжение изгиба		МПа		25,08	46,69	40,98
Допускаемое напряжение	σдоп	МПа	Из предварительного расчета, п. 2	280,32	247,66	321,40
Коэффициент запаса прочности		-		11,18	5,30	7,85
Шип
Напряжение растяжения		МПа		5,41	2,61	6,89
Допускаемое напряжение	σдоп	МПа	МПа	25,0	20,0	25,0
Коэффициент запаса прочности		-		4,62	7,65	3,63