ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Напряжения и давления в рабочем колесе и вале радиально-осевых гидротурбин по данным натурных измерений из "Напряжения и деформации в деталях и узлах машин " Тензометрические исследования на натурных гидротурбинах дают возможность выявить действительные нагрузки, а также деформации и напряжения в основных точках деталей в зависимости от рабочих режимов. Измерения на стендах и моделях турбин, выполняемых в уменьшенном масштабе, не могут в полной мере заменить измерения на действующих турбинах гидроэлектростанций в связи с трудностями и различием условий одновременного моделирования по гидродинамическим и механическим параметрам. [c.486] Основная нагрузка гидротурбины действует на лопасти рабочего колеса. Давления с рабочей и тыльной стороны лопасти, передаваемые от потока воды, в различных точках лопасти различны. Сложная форма лопастей приводит также к значительной неравномерности напряжений. Поэтому определение нагрузок, передаваемых на лопасть от потока воды, и напряжений в лопасти должно производиться в достаточно большом числе точек. Первые измереьия давлений и напряжений на лопастях радиально-осевой турбины в сравнительно большом числе точек были проведены Институтом машиноведения АН СССР при участии Ленинградского металлического завода (ЛМЗ) на турбинах Днепровской и Нивской ГЭС. [c.486] Измерение напряжений и давлений в рабочем колесе и усилий в вале гидротурбины в условиях эксплуатации были проведены на установившихся режимах (холостой ход, режим синхронного компенсатора, работа турбины с номинальной мощностью и промежуточными мощностями) и при переходных режимах (пуск, самосинхронизация, набор мощности до номинальной, остановка турбины с холостого хода, полный сброс нагрузки с номинальной и промежуточных мощностей, двухфазное короткое замыкание и несимметричная нагрузка на генератор). [c.487] На рабочем колесе гидротурбины Днепровской ГЭС устанавливалось 16 датчиков деформаций и 14 датчиков давления и на колесе турбины Нивской ГЭС —14 датчиков деформаций и 10 датчиков давления. На валах исследуемых турбин было помещено по два измерительных моста для регистрации продольного усилия и момента кручения в сечении вала. Регистрация деформаций лопасти и вала и давления воды на лопасть при установившихся режимах велась всеми датчиками. При неустановившихся режимах непрерывно регистрировались деформации и давления в двух точках на лопасти, а также осевое усилие и крутящий момент на валу турбины. [c.487] Для измерения деформаций и давлений на рабочих колесах исследуемых гидротурбин были применены проволочные тензодатчики обычного типа, сигналы которых усиливались и регистрировались с помощью аппаратуры УДЗ-М [2]. Для измерения давления потока воды на лопасти рабочего колеса были применены датчики давления с наклеиваемыми на мембрану тензодатчиками. Для защиты от воды провода от датчиков прокладывались в трубках, один конец которых впаивался в корпусы датчиков давления или в защитные крышки датчиков деформации. Трубки для защигы от ударов и лучшей обтекаемости по всей длине покрывались слоем ваты, пропитанной карбинольным клеем. [c.487] Токосъемник при измерениях устанавливается на торце ротора подвозбудителя. Ротор токосъемника состоит из латунных колец, разделенных текстолитовыми прокладками, которые изолируют кольца друг от друга и одновременно ограничивают движение щеток токосъемника. [c.487] Давления на рабочую лопасть с изменением мощности меняются в рассматриваемых турбинах с нарушением плавной закономерности при переходе через мощность, при которой наблюдается кавитация. [c.489] Переменная составляющая (пульсация) давления на установившихся режимах не превышает 5—10% статической составляющей и имеет частоту, равную оборотной частоте турбины (влияние неравномерности потока воды из спиральной камеры) и частоты, соответствующие собственным частотам вибрации лопастей. Пульсации давления с частотой, соответствующей прохождению лопасти перед лопатками направляющего аппарата, в гидротурбине Днепровской ГЭС не наблюдается. В турбине Нивской ГЭС, имеющей более высокий напор и малое предлопастное пространство, наблюдаются небольшие пульсации давления с частотой, соответствующей прохождению лопасти перед лопатками направляющего аппарата. [c.489] При рассмотренных переходных режимах работы гидротурбин пульсация потока воды не существенна. Измерения, выполненные на гидротурбине Днепровской ГЭС, показали, что только при первых оборотах турбины во время пуска имеют место значительные пульсации давления на входной кромке лопасти. При резком закрытии направляющего аппарата и при двухфазном коротком замыкании повышения давления и увеличения пульсаций не наблюдается. При полном сбросе нагрузки с мощности 72 мгвт к моменту набора турбиной наибольших оборотов (1,25 от номинальных) в камере рабочего колеса образуется разрежение, достигающее в середине нижнего сечения лопасти 0,6 кг см на рабочей стороне и 1,0 кг см на тыльной стороне. [c.489] Напряжения в лопасти. Основное напряженное состояние лопасти — статическое. При установившихся режимах работы турбины переменная составляющая напряжений невелика и не превышает 10—20% от постоянной составляющей. Из сопоставления эпюр напряжений (средние статические величины) видно, что характер изменения напряжений на выходных кромках лопастей обеих гидротурбин при номинальных мощностях одинаковый, на входных кромках лопастей —эпюры противоположны по знаку (фиг. VI. 39). Наибольшие нормальные напряжения в рабочих лопастях при номинальной мощности турбины возникают в верхнем сечении лопасти у выходной кромки и у нижнего контура со стороны входной кромки. При промежуточных мощностях напряжения в отдельных точках лопасти могут быть больше, чем при номинальной мощности. [c.489] Напряжения от центробежных сил, измеренные в режиме синхронного компенсатора, невелики и для наиболее напряженных точек напряжения от давления воды и от центробежных сил имеют противоположные знаки. [c.489] Напряжения в точках лопасти не зависят линейно от мощности, отдаваемой турбиной, и меняются в зависимости от соотношения размеров лопасти и параметров турбины. Это может быть связано с тем, что с изменением мощности происходит перераспределение давлений на рабочую лопасть от потока воды. [c.489] Существенное влияние на возникновение в лопасти динамических напряжений оказывают форма и размеры ее выходной кромки. В рассмотренных турбинах форма выходной кромки не приводит к образованию за ней вихрей, которые могли бы вызывать вибрацию лопасти [30]. [c.490] Запись напряжений а в рабочей лопасти и напряжений х на поверхности вала гидротурбины Днепровской ГЭС при переходных режимах иллюстрируется фиг. VI. 40. При пуске турбины и подъеме мощности в лопастях возникают вибрации с частотами собственных колебаний, на которые накладываются более низкие частоты крутильных колебаний в роторе гидроагрегата. При сбросе нагрузки с номинальной до нуля в начальный момент в лопастях возникают колебания с частотами 7,2 и 100 гц. При снижении нагрузки в лопастях наблюдаются только колебания высших частот, а к моменту полного закрытия направляющего аппарата в лопастях снова возникают колебания с частотой 7,2 гц. Средние напряжения в лопасти к моменту полного закрытия направляющего аппарата равны напряжениям от центробежных сил. [c.490] Напряжения в лопасти при двухфазном коротком замыкании и несимметричной нагрузке на генератор невелики. [c.491] Вернуться к основной статье