ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Напряжения в рабочем колесе радиально-осевой гидротурбины из "Напряжения и деформации в деталях и узлах машин " Лопасть рабочего колеса гидротурбины представляет собой слабоизогнутую пластину переменной толщины, имеющую в плане форму части кругового кольца, закрепленного по внутреннему дуговому краю на участке сопряжения с фланцем. Расчет напряжений в лопасти, вызываемых прилагаемым давлением, представляет трудную задачу вследствие сложности исходных дифференциальных уравнений и краевых условий 15]. До настоящего времени отсутствует точное решение этой задачи и более эффективными являются приближенные расчеты напряжений, основанные на вариационном методе и приближенном решении интегральных уравнений [7], [И]. Но и эти методы сопряжены с трудоемкими вычислениями и их применение в инженерной практике затруднительно. Поэтому особенно важны экспериментальные исследования напряженного состояния лопасти. [c.437] В реальных условиях работы турбины лопасть подвергается действию неравномерного гидродинамического давления потока воды, центробежных сил и сил инерции при вибрации. В связи с недостаточностью данных по давлениям на лопасть и сложностью учета влияния неравномерности давления на распределение напряжений в лопасти при расчете исходят из предположения о равномерном распределении нагрузки по поверхности лопасти. [c.437] Величины реально действующих напряжений в лопастях могут быть получены экспериментально путем тензометрирования при действии реальных нагрузок. [c.437] До последнего времени нагрузки на лопасть выявлялись при испытаниях модельных рабочих колес на воздушных и гидравлических стендах. Проведенные лабораторией исследования напряжений Института машиноведения АН СССР совместно с Бюро водяных турбин Ленинградского металлического завода им. Сталина натурные измерения на действующих гидротурбинах позволили получить данные о реальных нагрузках на лопасть от действия потока воды при различных режимах работы гидроагрегата. [c.437] Ниже рассматривается метод, позволяющий в условиях конструкторских бюро найти распределение и величины реально действующих напряжений на основании данных по измерениям на стендах и в натурных условиях неравномерно распределенных давлений на лопасти. Проведенные экспериментальные исследования напряженного состояния лопастей на моделях с разными геометрическими параметрами при равномерной и неравномерной нагрузках, рассмотренные ниже, позволили выявить особенности распределения напряжений и изгибающих моментов в лопастях. Показана также возможность более правильно, чем делалось до сих пор, оценить путем приближенного расчета при проектировании наибольшие напряжения в лопасти и наметить требуемые по условиям прочности толщины лопасти в радиальных и тангенциальных сечениях. [c.438] Исследование напряжений в лопастях пово-ротно-лопастных гидротурбин в лабораторных условиях по заданным давлениям на лопасть проводится путем тензометрии на металлических модельных лопастях. Применение металлических моделей лопастей, а не моделей из материала с низким модулем продольной упругости [20], было обусловлено наличием металлических моделей, применяемых при гидравлических испытаниях, а также тем, что рабочие нагрузки на лопасти поворотно-лопастных гидротурбин, создающие достаточные для измерения напряжения, не превышают 2—3 кг см и легко осуществимы в лабораторных условиях. [c.438] Деформации на поверхности модели лопасти измеряются с помощью проволочных тензодатчиков и электронного измерителя типа ИСД-2. При тензометрировании моделей лопастей могут применяться тензодатчики с базой 10 и 5 мм,- причем последние целесообразно ставить в зонах предполагаемой концентрации напряжений, т. е. в местах сопряжения лопасти с фланцем. Тензодатчики с базой 10 мм можно наклеивать попарно в одной точке в виде прямоугольной розетки, как показано на фиг. VI. 1, в сечении по оси поворота лопасти. Тензодатчики с базой 5 мм целесообразно располагать по одному в каждой точке, как показано в радиальном сечении вблизи выходной кромки. [c.439] Предполагалось, что при рабочих нагрузках в лопасти будут иметь место значительные прогибы на свободном контуре и что изменение первоначальной формы срединной поверхности лопасти будет оказывать влияние на распределение напряжений. В связи с этим было важно выявить характер зависимости прогибов и напряжений от нагрузки. Для этого лопасть нагружалась ступенями и в ряде точек лопасти, показанных на фиг. VI. 3, измерялись прогибы и деформации на каждой ступени нагрузки. Буквами Р и Т при номерах тензодатчиков обозначены датчики, расположенные соответственно, на рабочей или тыльной сторонах лопасти. Зависимость прогибов от нагрузок для восьми точек, расположенных в тонкой части лопасти между внешней и выходной кромками лопасти, показана в табл. VI. 1. [c.441] Из табл. VI. 1 видно, что в интервале давлений от 0,5 до 3 кг/см имеется линейная зависимость прогибов от нагрузки с отклонением для нескольких точек в пределах точности измерений (0,01 мм). [c.441] Суммарные значения прогибов для всех восьми точек на каждой ступени нагрузки отклоняются от линейной зависимости не более чем на +0,5%, исключая первую ступень нагрузки (0,5 кг1см ), на которой разница составляет 0,13 мм. Это объясняется тем, что для растягивания камеры до ее полного прилегания к поверхнисти лопасти требуется некоторое избыточное давление, равное в данном случае примерно 0,05 кг/см . [c.442] На основании ряда аналогичных измерений было установлено, что для лопасти в пределах рабочей нагрузки имеет место линейная зависимость прогибов от величины равномерно распределенной поверхностной нагрузки. [c.442] Так как и прогибы и толщины натурной лопасти превышают прогибы и толщины модели в а раз, то между величинами прогибов и толщинами натурной лопасти сохраняется то же соотношение, что и в модели. Следовательно, в натурной лопасти зависимость между прогибами и нагрузкой также будет линейной. [c.442] Как можно видеть из табл. VI. 2, при нагружении лопасти равномерно распределенным давлением, в пределах рабочих нагрузок, имеет место линейная зависимость также и для напряжений от нагрузки. При этом напряжения на рабочей и тыльной сторонах лопасти (на одной и той же нормали к ее поверхности) оказываются разными не только по знаку, но и по величине. [c.443] На внешней свободной кромке на обеих поверхностях лопасти соотношение радиальных и тангенциальных деформаций удовлетворяет условию равенства нулю радиальных напряжений. То же самое получается и в других сечениях лопасти. [c.443] При приложении нагрузки к тыльной стороне лопасти абсолютные величины деформаций изменяются незначительно. Следовательно, выявленная разница в величинах деформаций в противолежащих точках на рабочей и тыльной сторонах лопасти вызывается наличием начальной кривизны срединной поверхности лопасти, вследствие чего в ней возникают мембранные напряжения, знак которых зависит от направления действия нагрузки. [c.443] Правильность указанного объяснения подтверждается результатами тензометрирования кольцевой пластины постоянной толщины (6 мм), имеющей начальную кривизну радиальных сечений. [c.444] Напряжения в лопастях поворотно-лопастных гидротурбин. [c.444] В табл. VI. 3 и VI. 4 приведены величины изгибных и мембранных радиальных напряжений в модельной лопасти рабочего колеса типа ПЛ-495 гидротурбин Цимлянской и Нарвской ГЭС при давлении р = 3,0 кг см . [c.444] Относительный радиус р равен действительному радиусу рассма-. триваемого сечения, деленному на радиус заделки, величина которого для данного типа лопасти равна П5 мм. Отсчет угла 6 рассматриваемого радиального сечения производится от оси поворота лопасти, причем положительные значения угла отсчитываются в сторону выходной, а отрицательные в сторону входной кромок лопасти. [c.444] В табл. VI. 5 и VI. 6 приведены величины изгибных и мембранных Ст тангенциальных напряжений в той же лопасти. [c.444] Вернуться к основной статье