Порядок расчета рабочей лопатки

Центробежная сила профильной части лопатки переменного сечения, Н:

где ρ - плотность материала лопатки; - верность ступени; U - окружная скорость, определенная по среднему диаметру ступени; - площади профилей в корневом и периферийном сечении лопатки.

Для снижения центробежной силы лопатки большой высоты профилируют с уменьшением площади поперечного сечения (площади профиля) по высоте. Отношение площадей профиля для последних лопаток ЧНД турбин малой мощности составляет = 0,2 – 0,3, а для турбин большой мощности = 0,1 – 0,2. Плотность стали ρ = 7800 - 8050 кг/м³, плотность титановых сплавов ρ = 4500 кг/м³.

Напряжение растяжения в корневом сечении лопатки, МПа:

Для определения напряжения изгиба находят окружное и осевое усилия, действующие на единичную лопатку.

Окружное усилие, Н

:

Осевое усилие, Н:

Здесь G - расход пара через ступень, кг/с; е - степень парциальности; z₂ - число рабочих лопаток; t₂ - шаг, м; l₂ - высота лопатки, м; Р₁ и Р₂ - давления по обе стороны лопатки, бар.

Равнодействующая этих сил есть изгибающее усилие, Н:

Максимальное напряжение изгиба, МПа:

где W_min – минимальный момент сопротивления профиля изгибу, м³.

Следует обратить внимание на правильное определение площади и минимального момента сопротивления профиля изгибу W_min. Эти характеристики зависят от хорды рабочей лопатки в корневом сечении . Выбрав её значение еще на этапе детального расчета ступени, находят масштабный коэффициент

с учетом которого вычисляют истинные значения

,

Здесь , - табличные значения характеристик выбранного профиля (м, м² и м³ соответственно), принимаются по Приложению 6.

Максимальное напряжение изгиба сосредоточено в кромках корневого профиля. Оно не должно превышать 35 - 45 МПа для ступеней с полным подводом пара и 15 - 25 МПа – с парциальным. Иначе следует увеличить хорду b₂.

Суммарное напряжение в корневом сечении лопатки, МПа:

По суммарному напряжению выбирается материал лопаток, который обеспечивает необходимый коэффициент запаса прочности (Приложение 7):

где - предел текучести выбранного материала, МПа.

Приложение 5

Порядок расчета диафрагмы

Максимальное напряжение в диафрагме, МПа:

Прогиб диафрагмы, м:

Здесь Е ≈ 2,1^.10⁵ – модуль упругости материала диафрагмы, МПа; δ – толщина диафрагмы, м; коэффициенты определяются по рис. 19. Разность давлений , МПа, определяется по результатам расчета ступени:

где Р₀ - давление перед ступенью (перед диафрагмой), Р₁ - давление за сопловой решеткой (за диафрагмой), МПа.

Рисунок 18 – Эскиз диафрагмы

Для обеспечения надежной работы турбины без задеваний максимальный прогиб диафрагмы не должен превышать 1/3 осевого зазора между диафрагмой и диском. Если прогиб или напряжение в диафрагме чрезмерно велики, следует увеличить толщину диафрагмы и повторить расчет.

По максимальному напряжению выбирается марка стали с пределом текучести, обеспечивающим необходимый коэффициент запаса прочности:

где - предел текучести выбранной марки стали (Приложение 7); σ - максимальное напряжение в диафрагме.

Рисунок 19 – Коэффициенты и

Приложение 5