ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конструирование и прочность рабочих лопаток последних ступеней из "Прочность паровых турбин Изд.2 " В проектировании современных мощных конденсационных турбин одной из важнейших задач считается создание надежной и экономичной последней ступени, особенно рабочей лопатки. [c.60] Как известно, при отношении среднего диаметра к длине активной части лопатки Z) p// 10 существенное значение имеет изменение параметров потока пара по радиусу в зазоре между направляющими и рабочими лопатками. [c.60] Для получения высокого к. п. д. ступени необходимо выполнять рабочую лопатку закрученной, т. е, с переменными углами входа и выхода по высоте, поэтому форма сечений лопатки по высоте существенно меняется. Рост длины лопатки ограничивается допустимыми величинами напряжений от центробежных сил. Можно отметить, что при данной длине лопатки уменьшение параметра D -pll снижает, при прочих одинаковых условиях, напряжения от центробежных сил. [c.60] Этот параметр во многом определяет конструкцию цилиндра низкого давления (ЦНД) турбины, а также ее прочностные и экономические показатели. [c.60] В настоящее время отечественными турбостроительными заводами созданы рабочие лопатки последних ступеней, имеющие длину активной части 960 и 1050 мм, с отношениями D jl соответственно 2,58 и 2,43 (при 3000 об/мин). [c.60] Очевидно, что чем меньше площадь верхнего сечения, тем меньше масса лопатки, а следовательно, и нагрузка на диск. При уменьшении площади верхнего сечения необходимо, однако, учитывать, что это может ухудшать аэродинамические качества каналов периферийных решеток. Кроме этого, в результате утонения тела лопатки повышаются напряжения изгиба от паровых усилий. [c.62] Контроль уровня напряжений изгиба необходимо вести одновременно с проверкой напряжений растяжения в теле лопатки и, в случае необходимости, корректировать сечения для получения допустимых напряжений (не только растяжения и изгиба, но и суммарных). [c.62] Основное влияние на метод профилирования оказывает технология изготовления лопаток. До сих пор наиболее распространенной считается обработка лопаток различными методами фрезерования. Продольное фрезерование оказывается весьма производительным и достаточно точным методом, обеспечивающим плавное формоизменение поверхностей лопатки и тщательность последовательного операционного контроля. [c.62] Сечения при профилировании, предусматривающем этот метод обработки, образуют подрезкой наружного или внутреннего контура исходного (как правило, корневого) сечения с одновременным удлинением выходной кромки. Это так называемый метод косого фрезерования. Направление косого фрезерования и величину удлинения выходной кромки подбирают так, чтобы полученные сечения имели площади, наиболее близкие к теоретическим. [c.62] Профилирование может производиться в соответствии с известными законами, подчиняющими параметры пара в зазоре определенному изменению по радиусу. Хотя после косого фрезерования углы входа и выхода получаются переменными по высоте лопатки, они обычно не удовлетворяют требованиям теплового расчета. При этом необходимо чтобы разности углов входа и выхода в сечениях были близки к расчетным. Дальнейшее приближение этих углов к заданным тепловым расчетам достигается поворотом промежуточных сечений по отношению к корневому вокруг общей для всех сечений оси вращения, до получения необходимых углов. Выбор единой для всех сечений оси вращения позволяет обрабатывать с одной установки одну сторону лопатки. [c.62] Наконец, можно считать сформировавшимся метод профилирования, при котором внутренний профиль выполняют косым фрезерованием, а наружный — фрезерованием по объемному копиру. Этот метод представляет собой сочетание отдельных элементов двух предыдущих. [c.63] Каждый из описанных методов облаоз.ает присущими ему и достоинствами и недостатками. Основным недостатком метода свободного профилирования нужно считать возможность искажения линий плавности на поверхности лопатки. При косом фрезеровании геометрические характеристики сечений меняются плавно, причем все сечения связаны единым законом образования, что существенно упрощает и делает более надежным контроль геометрии лопатки. Однако проектирование лопаток этим методом может привести к тому, что в результате разброса центров тяжести сечений в теле лопатки возникают недопустимо высокие напряжения изгиба от собственных центробежных сил (внецентренное растяжение). Для разгрузки лопатки от этих напряжений ей придается так называемый начальный погиб [39], при этом сечения лопатки перемещают относительно того положения, которое они занимали бы после косого фрезерования. Смещение сечений происходит при обработке лопатки на фрезерном станке путем перемещения фрезы вместе со шпиндельной бабкой в вертикальной плоскости по копиру, кривая которого строится в соответствии с величинами погибов в расчетных сечениях. [c.63] Получение оптимальной формы лопатки и соответственно формы ее осевой линии, в особенности лопаток достаточно жестких, практически выполнимо только описанным выше способом. Другие технологические приемы (холодная гибка, горячая штамповка) неприменимы, так как они не обеспечивают необходимой точности и требуют дополнительной механической обработки. [c.63] Таким образом, это решение применимо для лопаток, в которых эффект раскрутки в поле центробежных сил проявляется в незначительной степени. [c.63] Для составления уравнения рассмотрим лопатку в рабочем положении. Выберем в качестве основной системы координат прямоугольную систему осей xyz с началом в центре тяжести корневого сечения. Направим ось х параллельно оси вращения турбины в сторону от выходной кромки сечения к входной ось 2 проведем по радиусу и ось у направим так, чтобы полученная система была правой (рис. 23). [c.63] Интегральное уравнение (40) может быть решено приближенно заменой его системой линейных алгебраических уравнений. Это осуществляется следующим образом. Участок лопатки от корневого (0) до верхнего (/) сечения (интервал О—I) разбивается на п частей точками Zi. 0 = г ,.. Zi, Zi-u-. Zo=l, где i меняется от О до п. [c.67] Для сечений, ослабленных отверстиями под бандажные связи, площади следует брать без учета ослабления, а координаты центров тяжести — с учетом ослабления сечения. [c.68] В результате процесса последовательных приближений должно быть получено значение погиба в корневом сечении, равное нулю. Это является критерием окончания расчета. Обычно уже после второго приближения величина погиба в корневом сечении близка к нулю (—0,01 см 6 0,01 см). Однако в результате накопления погрешностей эта величина может незначительно отличаться от 0,01 см. Тогда истинная установка определяется по формуле (43), причем в правую часть этой формулы подставляют величину установки из последнего приближения. [c.69] Необходимо обратить особое внимание на выбор положения лопатки при расчете погиба. Определяя наклон лопатки в аксиальном направлении, целесообразно выполнить расчет напряжений для двух положений лопатки. После этого строят графики напряжений и выбирают оптимальный наклон лопатки по оси X. [c.69] После получения координат точек осевой линии лопатки (центров тяжести сечений) расчет напряжений ведется по известным методам (см. гл. П1). [c.69] Вернуться к основной статье