ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оглавление v Эксплуатационная нагруженность и усталостные повреждения лопастей из "Усталостная прочность деталей гидротурбин " В книге даны материалы по эксплуатационной нагруженности и усталостным повреждениям лопастей гидротурбин усталостной прочности сталей и сварных соединений влиянию на характеристики усталости масштабного фактора, асимметрии и двухчастотного нагружения, коррозионной среды определению запасов усталостной прочности рабочих колес и спиральных камер гидротурбин. [c.6] Введение и гл. И, П1, IV написаны Г. 3. Зайцевым, гл. I, V, VI и VII — А. Я. Аронсоном. [c.6] При анализе усталостной прочности лопастей поворотно-ло-пастных и рабочих колес радиально-осевых гидротурбин прежде всего следует рассмотреть нагрузки, действующие на них. [c.7] Условия нагружения радиально-осевого рабочего колеса существенно отличаются от нагружения лопастей поворотно-лопастных турбин. В связи с этим рассмотрим нагруженность лопастей радиально-осевых и поворотно-лопастных турбин. [c.7] При работе турбины на рабочее колесо действуют центробежные силы и гидродинамические усилия. [c.7] Гидравлическое усилие — это динамическая нагрузка, а центробежные силы — статическая. Однако определение статической нагрузки также достаточно важная задача, так как от нее существенно зависит усталостная прочность конструкции. [c.7] Проектируя, интенсивность нагрузки от центробежных сил на главные оси инерции сечения стержня, получим нагрузки, необходимые для расчета. [c.7] Кроме центробежных сил собственно лопасти в расчет вводятся также центробежные силы, действующие на лопасть со стороны нижнего обода. [c.8] Гидродинамические усилия, действующие на лопасти, можно определить из решения задачи обтекания лопасти потоком с помощью программы, позволяющей найти распределение гидродинамических давлений по поверхности лопасти (речь идет о статической компоненте гидродинамической нагрузки). [c.8] На рис. 1 дано расчетное распределение давлений по поверхности лопасти на двух соседних линиях тока. Из графиков видно, что давление меняется как вдоль линии тока, так и по длине лопасти. Поскольку при расчете на прочность лопасть заменяется эквивалентным стержнем, то давление по всей лопасти должно быть сведено к распределенному давлению и распределенному скручивающему моменту, меняющимся вдоль оси стержня-ло-пасти. Скручивающий момент возникает потому, что точка приложения равнодействующей давления в сечении лопасти не совпадает с центром тяжести соответствующего сечения. [c.8] На рис. 2 дано изменение гидродинамических усилий вдоль лопасти рабочего колеса РО-697 Красноярской ГЭС. Из графиков видно, что усилие, приложенное к лопасти, увеличивается к нижнему ободу, т. е. периферийные сечения лопасти оказываются более нагруженными. [c.8] Если неравномерность потока создается спиральной камерой, расчет переменных усилий становится более трудоемким, и их вычисление требует применения ЭЦВМ. [c.10] Расчеты показывают, что неравномерность набегающего потока. не только изменяет во времени гидродинамическое усилие, действующее на каждую лопасть рабочего колеса, но и изменяет также крутящий момент. Действительно, неравномерность потока создает максимальное давление на входной кромке лопасти, что, в свою очередь, изменяет напряжения стесненного кручения, возникающие в лопасти вблизи заделки ее в верхний и нижний ободья. [c.10] Для рабочих колес, у которых входная кромка лежит в меридиональной плоскости и, следовательно, переменное гидродинамическое усилие действует на всю лопасть одновременно, небольшая неравномерность скоростей на входе в рабочее колесо может существенно увеличить динамические напряжения, обусловленные стесненным кручением. Так, неравномерность поля скоростей рабочего колеса турбины Красноярской ГЭС порядка 10% может вызвать динамические напряжения, равные 100 кгс/см . Такой уровень динамических напряжений должен учитываться при оценке усталостной прочности рабочего колеса. [c.10] Некоторые авторы предполагают, что пульсации давления связаны с движением вихревого шнура в отсасывающей трубе, однако возникновение вихревого шнура нигде не связывается с отрывными явлениями, возможными при обтекании лопастей. Нам представляется, что вихревой шнур получается в результате неустойчивости вихревой пелены, образующейся при отрывном обтекании лопастей. [c.11] Схематически это явление можно представить следующим образом. При работе турбины на некоторых режимах, как следует из треугольников скоростей, резко возрастает угол натекания потока на решетку рабочего колеса (при пониженных напорах углы натекания потока на лопасти могут быть равны 20—25°). [c.11] Если при отклонении от расчетного режима угол атаки приближается к значению, при котором обтекание решетки должно стать отрывным, то отрыв потока наблюдается одновременно не на всех лопастях решетки, а лишь на определенной группе лопастей (или нескольких группах). Остальные лопасти обтекаются пока без отрыва. Зоны отрыва не остаются неподвижными, а движутся по рабочему колесу, образуя под колесом враш ающийся вихревой шнур. [c.11] По-видимому, при отклонении от оптимального режима область отрыва не захватывает лопасть целиком. Сначала отрыв наступает у верхнего обода и обтекателя и по мере удаления от расчетного режима распространяется на всю лопасть. Наконец, при достаточно далеком отклонении от оптимального режима области отрыва сливаются, и поток полностью отрывается от лопастей. [c.12] Появление враш,аюш,егося отрыва может вызвать динамические нагрузки частотами, кратными частоте враш,ения отрыва. Частота возмущающей силы, связанной с вращающимся отрывом, может изменяться по экспериментальным данным в пределах 0,25— 0,75 от частоты вращения ротора. [c.12] Очевидно, что при отклонении от оптимального режима в область больших положительных углов атаки вращающийся отрыв также возможен, только в этом случае область отрыва будет двигаться в сторону вращения рабочего колеса и соответствующая частота переменного усилия будет превышать частоту вращения ротора. [c.12] Вернуться к основной статье