ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основное напряженное состояние замка в начальной стадии деформации из "Расчет на прочность елочного замка лопаток турбин " В книге изложен научно обоснованный расчет одного из важных узлов паровых и газовых турбин — елочного замка на статическую прочность. Подробно рассмотрены основные напряженные состояния замка в начальной стадии деформации и в стадии ползучести, а также концентрация напряжений во всех стадиях работы замка. Дана методика поверочного расчета замка в стадии чисто упругой, упруго-пластической деформации и деформации ползучести. [c.2] С целью облегчения конструкторам возможности использования приведенных в книге многочисленных расчетных формул даны соответствующие примеры, а результаты расчетов, кроме того, представлены в виде таблиц и графиков. [c.2] Книга предназначается для научных работников и инженеров, работающих в области проектирования паровых и газовых турбин. [c.2] Для соединения лопаток турбин с диском служат различные конструкции, из которых наибольшее распространение в настоящее время имеет так называемый елочный замок. Этот замок представляет собой статически неопределимую конструкцию, работающую в начальный момент времени в условиях упругой или упругопластической деформации, а затем при достаточно высоких температурах — в условиях ползучести металла диска, а иногда и металла лопаток. В течение известного периода времени ползучесть носит неустановившийся характер, переходя постепенно в установившееся состояние. [c.3] При расчете замка на статическую прочность следует, очевидно, учитывать только первых три фактора, а при расчете на усталостную прочность — все четыре. [c.3] В настоящей работе рассматривается только расчет на статическую прочность. [c.3] При расчете на статическую прочность обычно пренебрегают изгибом от действия газовых и центробежных сил ввиду незначительного влияния этих силовых факторов на напряженное состояние замка. [c.3] Если нагрузка на замок и температура замка не постоянны, то расчет ведется на так называемые эквивалентную нагрузку и эквивалентную температуру, определяемые опытным или теоретическим путем так, как это было предложено Е. И. Русановой в 1957 г. [c.3] При отсутствии ползучести металла, т. е. при относительно невысоких температурах, расчет заключается в определении предельной нагрузки при пластических деформациях и соответствующего коэффициента запаса прочности. [c.3] В настоящее время существует ряд аналитических и экспериментальных работ, относящихся к анализу напряженного состояния в елочном замке. Однако отсутствует обобщающее исследование таковым является настоящая работа. [c.4] Предлагаемая читателю методика расчета, несмотря на наличие в ней ряда упрощающих предположений, отличается довольно большой сложностью. С тем, чтобы облегчить конструкторам возможность использования изложенных здесь результатов, по ряду разделов общей методики были произведены массовые расчеты на электронно-счетных машинах при-различных значениях, влияющих на итог параметров, причем результаты этих расчетов представлены в виде таблиц и графиков. Кроме того, приведены примеры отдельных расчетов. [c.4] Автор будет весьма признателен за критические замечания по предлагаемой вниманию читателей книге. Просьба направлять эти замечания в адрес издательства. [c.4] Автором не учтены силы трения между зубцами хвостовика лопатки и выступа диска, а также не учтена неравномерность распределения усилий благодаря так называемому температурному распору , т. е. благодаря разности коэффициентов линейного расширения материалов лопатки и диска. Не доведен до конца анализ влияния погрешностей шага зубцов на распределение усилий между зубцами. Напряжения в зубцах определены с помощью метода Б. Г. Галеркина [4]. При этом нагрузка считается распределенной по всей верхней грани зубцов, что в действительности не имеет места. Не учтен тот факт, что принцип Сен-Венана для зубцов теряет свою силу ввиду того, что каждый зубец представляет собой балку весьма малой длины. Не учтены упругость заделки зубцов и концентрация напряжений у оснований зубцов. [c.5] Цейтлиным в 1951 г. применен дискретный метод анализа распределения усилий между зубцами, аналогичный методу Г. Н. Перевозчикова. Здесь учтен температурный распор и проанализировано влияние погрешности шага зубцов на распределение усилий между зубцами. Однако нагрузка на зубцы считается сосредоточенной, что в действительности не имеет места и, кроме того, при анализе напряженного состояния в зубцах применены элементарные методы сопротивления материалов без соблюдения уравнений равновесия, контурных условий и уравнений совместности деформаций. [c.5] В работах Е. Г. Глухарева [7, 8] принят непрерывный закон распределения усилий по высоте замка, а также учтены температурные деформации благодаря разности коэффициентов линейного расширения материалов лопатки и диска. Дано аналитическое исследование распределения усилий по зубцам и податливости зубцов в условиях упругой деформации. [c.5] В работе А. С. Лейкина [15 решены аналитически те же вопросы, что и у Е. Г. Глухарева, но с помощью иного метода и не только при растяжении, а также при изгибе хвостовика лопатки. [c.5] Основные напряжения (без учета эффекта их концентрации) в зубцах значительно больше влияют на прочность елочных замков, чем основные напряжения в теле хвостовика лопатки и выступов диска. Эффект концентрации напряжений в местах перехода зубцов в тело хвостовика лопатки и выступов диска (рис. 1), по-видимому, мало зависит от неравномерности распределения напряжений, вызванных нагруженностью хвостовика лопатки. Эти соображения в значительной мере оправдывают возможность использования гипотезы о равномерном распределении осевых напряжений в теле хвостовика лопатки и выступов диска, принятую в дальнейшем изложении. [c.6] В работе того же автора [18] приведены некоторые рекомендации, касающиеся рационального, с точки зрения усталостной прочности, выбора конструктивных параметров елочного замка. [c.7] В работах Б. П. Соколова [32, 33] и Ч. Г. Мустафина [20, 22, 33] сделана попытка найти распределение усилий между зубьями елочного замка в стадии деформации ползучести. Решение этой задачи основано на использовании левых прямолинейных частей диаграмм напряжение—деформация , относящихся к малым деформациям. Этот прием обосновывается тем, что область работы реальных деталей ограничивается допустимой деформацией за весь срок их службы, для рабочих лопаток и дисков турбин, составляющей 0,1—0,2% (хвостовые соединения рассчитываются на длительный срок службы около 100 ООО часов) . При этом, однако, совершенно не учитывается тот факт, что в зубцах елочных замков возникают значительные местные напряжения и деформации, превышающие средние расчетные величины, вследствие чего указанный выше прием недопустим при расчете. Кроме того, в работе [32] используется метод разложения некоторой функции в ряд по степеням малого параметра , каковым здесь является tg р, где р — угол наклона хвостовика лопатки. Автор ограничивается линейными членами этого разложения между тем tg р не является малым параметром, так как р = 10- 20°. Таким образом и этот прием также не оправдан. По тем же причинам нельзя согласиться с методом определения теоретических величин зазоров между опорными поверхностями зубьев, обеспечивающих линейное распределение нагрузки между зубьями елочного замка, в работах [20, 22], не говоря уже о том, что вопрос этот, при существующей точности изготовления елочных замков, практически мало интересен. [c.7] В аналитическом исследовании Н. 3. Супоницкого [34], на основе теории малых упругопластических деформаций и гипотезы ломаных сечений А. В. Верховского [1], дан метод определения распределения нагрузки между зубцами. В работе того же автора [35] исследованы, кроме того, на основе работы [34] и некоторых элементарных соображений, распределение усилий между зубцами в процессе ползучести и влияние зазоров на величины этих усилий. [c.7] Вернуться к основной статье