Послідовність розрахунку спіральних камер на міцність

Розрахунок спіральних камер великих турбін на міцність часто виконується у два етапи: попередній, при якому вибирають товщину листів і проектують камеру та перевірочний, при якому застосовують уточнені методи розрахунку, враховують вплив бетону, динамічність навантаження та інші фактори.

Для попередніх розрахунків застосовується і дещо інший метод, що враховує результати міцнісних досліджень спіральних камер. Тут спочатку визначають напругу як у безмоментному торі, а жорсткість статора і його вплив у зоні примикання ланки враховують коефіцієнтом підвищення навантаження, отриманим в результаті обробки експериментальних даних

(3.36)

Рис. 3.7. До визначення товщини ланок спіральної камери

Розрахунок спіральної камери виконується після гідродинамічного розрахунку, побудови її теоретичного контура і розбиття на ланки. Його ведуть в наступній послідовності.

1. Визначають необхідні значення розрахункових напорів, у тому числі Н_макс=(1+ξ)·Н, де Н - розрахунковий напір турбіни; ξ - коефіцієнти підвищення тиску при скиданні навантаження. Розрахунковий тиск при робочому режимі р=ρ·g·Н і тиск при скиданні навантаження

р_макс=ρ·g·(1+ξ)·Н. (3.37)

Якщо розрахунок ведеться у повній відповідності з методом, викладеним за формулами (3.6), (3.7) і (3.25) для круглих перерізів і за формулами (3.8), (3.9) і (3.26) - для овальних, визначають меридіональні Т_м і кільцеві Т_к сили, що діють на одиницю довжини відповідних перерізів в усіх характерних точках а, в, с (див. рис. 3.4, г); за формулами (3.32) і (3.33) знаходять значення таких же сил, що діють на спряженні поверхонь А і Б в точці е.

При розрахунку з поправочним коефіцієнтом χ_ц одиничні сили Т_м і Т_к обчислюють в тих же точках а, в, с (рис. 3.6, а), але тільки за формулами (3.6), (3.7) для круглих перерізів і за (3.8)÷(3.11) - для овальних, причому лімітуючими будуть сили, визначені за (3.10) і (3.11). За (3.36) визначається χ_ц і відповідно до нього одинична сила в закладці

Т_м.зд⁼ χ_ц ·Т_М1,

де Т_М1 - знаходять за формулою (3. 10).

2. Будують графік (рис. 3.7, а), що виражає залежність де φ_r - кут охвату спіральної камери (початок відліку від вхідного перерізу). Значення Т_м наносять для усіх розрахункових точок.

Визначають відповідно до допустимих значень напруги товщини листів за загальною розрахунковою формулою

При цьому зручно нанести на графіку, задавшись граничною товщиною листів, горизонталі, що відповідають маркам сталі, що використовується (рис. 3.7, а), - при товщині листів δ=32 мм і прийнятих за таблицею допустимих напругах. Очевидно, що усі ланки, значення розрахункових сил у яких розташовані нижче будь-якої із цих горизонталей, можуть бути виконані із відповідних марок сталей, причому необхідна товщина ланок у заданому перерізі визначається із відношення ординат горизонталі і розрахункової сили.

На рис. 3.7, б показаний розподіл вибраних таким чином листов із різних сталей по ланках спіральної камери, відповідно до показаного там же розрахункового графіка. Причому різна товщина і матеріали застосовуються в межах однієї ланки. При виборі марки сталі перевага надається найбільш пластичній і дешевій сталі МСт3, потім 10ХСНД і в крайніх випадках слід застосовувати СК2.

3. За формулами (3.32) і (3.33) при вибраній товщині визначають найбільшу напругу в овальних перерізах, викликану зміною кривизни в точці е. Якщо ця напруга виявиться вища за допустиму, то товщина або марки матеріалів коригуються відповідно до таблиць.

4. За загальною формулою обчислюють напругу в усіх ланках і розрахункових точках спіральної камери. За наявності конічної оболонки, що примикає до статора, напруги в зоні спряження із козирком визначають за формулою (3.34), а при наявності ребер, що зв'язують оболонку із статором, за формулою (3.35).

5. Складають таблицю напруг, отриманих в усіх ланках, розрахункових точках і перехідних перерізах, або графік напруги, подібний до графіка одиничних сил (останній наочніший).

Розрахунок оболонок литих і зварно-литих камер виконують так само, але тільки по першому варіанту, без урахування коефіцієнта χ_ц.

Динамічні складові напруги у спіральних камерах за звичайних умов роботи не перевищують рівня 10% їх статичних значень. Це дозволяє вважати, що міцність забезпечується прийнятими значеннями допустимої напруги. Найбільше значення динамічні навантаження мають при різко виражених перехідних і нерозрахункових режимах, особливо у високонапірних радіально-осьових турбінах. їх визначення розрахунковим шляхом представляє великі труднощі, а спеціальні методи розрахунку недостатньо розроблені.

3.6. Камери робочих коліс осьових гідротурбін

Камера робочого колеса в осьових поворотнолопатевих і пропелерних гідротурбінах служить для підведення і формування потоку в області робочого колеса. Із камери потік надходить у відсмоктувальну трубу, горловина якої знаходиться у її межах. У вітчизняному гідротурбобудуванні форма проточної частини камери робочого колеса нормалізована для усіх типів гідротурбін. Основними якостями, що відповідають вимогам, що пред'являються до камер робочого колеса, є їх кавітаційна і ерозійна стійкість; малі зазори між лопаттю і камерою; стійкість форми при роботі.

Найбільш вдалим кріпленням, є досить масивні, установлені без попереднього натягу розпірки, надійно приварені до арматури первинного бетону і ребер відокремленого сектора, що однаково добре сприймають розтяг і стиснення. У останніх конструкціях камер робочих коліс висувний відокремлений сектор замінений висувним відокремленим малим люком, до якого залишений прохід. Знявши цей люк, можна оглянути лопать, і відновлювати її кромку при зносі. Камера робочого колеса з'єднується із лицюванням відсмоктувальної труби сполучним поясом, що представляє також зварну конструкцію. До камери такий пояс приварюється або устик, або з нахльостом подвійним швом, або за допомогою накладки. Також за допомогою накладки цей пояс приварюється до облицювання відсмоктувальної труби. Крім того він посилюється ребрами.

Нерідко спостерігалися випадки руйнування з’єднувальних поясів, викликані їх недостатньою міцністю. Причиною цього являлися: власна частота коливань пояса і його кріплень, близька до часоти пульсації тиску викликаних вихорами що сходять із робочого колеса, і наявність залишкової напруги, неминучої при стиковому зварюванні пояса без накладок. Застосування накладок і ребер, що посилюють жорсткість поясу і посилилюють зварні з'єднання, хороший зв'язок із бетоном значно збільшили його міцність. Облицювання відсмоктувальної труби виконують із листової вальцьованої сталі МСт3 завтовшки 10÷12 мм. Вона заливається первинним бетоном і при армуванні відсмоктувальної труби служить одночасно опалубкою. Як правило, облицьовувався тільки вхідний конус, стінки якого, таким чином, зберігаються від розмотування потоком. Для кращого зв'язку із бетоном до облицювання приварюють анкери.

Аналогічно виконуються посилені ребрами, установлені у вторинному бетоні облицювання шахти турбіни і ніші серводвигунів.