Турбины тепловых и атомных электрических станций. Курсовое проектирование: Учебное пособие, страница 28

В результате расчетов регулирующей и нерегулируемых ступеней определяют использованный теплоперепад при режиме частичной нагрузки для всей турбины суммированием использованных теплоперепадов регулирующей и нерегулируемых ступеней. Разделив использованный теплоперепад на располагаемый для всей турбины, можно найти внутренний относительный КПД турбины при работе ее в режиме частичной нагрузки.

14. Расчет на прочность лопаток турбин

Лопатки турбин подвергаются действию центробежных сил собственной массы, массы бандажа и скрепляющей проволоки, а также действию пара, протекающего через каналы, образованные ло­патками.

Профильную часть лопаток рассчитывают на изгиб как от действия давления пара, так и от действия центробежной силы, если радиус, проведенный через точку ее приложения, не совпадает с центром тяжести рассчитываемого се­чения лопатки.

Расчет на изгиб одиночной лопатки

На рабочие лопатки турбины действуют окружное Р_окр и осевое Р_оc усилия пара, величину которых рассчитывают по формулам, Н:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

,                      (14.1)

,             (14.2)

здесь G– секундный расход пара в ступени, кг/с; ε – степень парциальности; z – число рабочих лопаток в ступени; с₁ и с₂ – абсолютные скорости, м/с; p₁и p₂– давление пара до и после рабочих лопаток, Па; t– шаг решетки, м; l– высота лопаток, м;

При расчете усилий по этим формулам выбирают такой режим работы турбины, при котором окружное усилие максимально.

Для большинства ступеней турбины таким режимом является ре­жим максимальной нагрузки на турбину. Для первой ступени турби­ны с сопловым регулированием наиболее опасным является режим, соответствующий полному открыванию первого соплового клапана (остальные клапаны закрыты), когда ступень работает с большим теплоперепадом и малой степенью парциальности. Это видно из урав­нения работы, развиваемой одной лопаткой, если решить его отно­сительно P_окр, Н:

,                             (14.3)

где h₀– теплоперепад, кДж/кг.

Равнодействующую окружного и осевого усилий находят по фор­муле

.

Рисунок 14.1. К расчету геометрических характеристик реше­ток

Лопатку можно рассматривать как консольную балку с жестко заделанным концом и нагруженную равномерно распределен­ной нагрузкой

.

Максимальным изгибающим моментом для профильной части ло­патки будет изгибающий момент у основания лопатки

.

Максимальное изгибающее напряжение на входных и выходных кромках лопатки, а также на ее спинке определяют по формулам:

; ,                              (14.4)

где , – момент сопротивления сечения профиля лопатки у ее основания относительно оси х₁ (рис. 14.1), проходящей через центр тяжести профиля параллельно хорде b(для кромки лопатки), м³;

, – то же, для спинки лопатки, м³.

Эти величины берут из табл. 14.1.

Отечественные турбостроительные заводы при изготовлении тур­бинных рабочих лопаток применяют нержавеющие стали марок 1X13, 2X13, если температура пара не превышает 450° С. Эти же стали могут использоваться и при более высоких температурах (до 550° С), если напряжения в теле лопаток будут небольшими. Для более высоких температур рекомендуются стали: 15X11МФ (до 540° С), 15Х12ВМФ и 1Х12В2МФ (до 580° С).

Характеристики всех вышеуказанных сталей перлитного класса приведены в табл. 14.2.

При выборе допустимых напряжений в качестве критерия проч­ности лопаток могут быть выбраны: предел текучести σ_0,2, предел ползучести σ _плпредел длительной прочности σ_дл. При работе лопаток с температурой, не превышающей 430° С, для жаропрочных перлитных сталей в качестве критерия прочности следует брать предел текучести σ_0,2 , а при более высоких температу­рах – предел ползучести σ_пли предел длительной прочности σ_дл.