Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

при которой работает каждый диск, также непостоянна; она ко­ леблется в определенных пределах в зависимости от режима ра­ боты турбины. В пределах одного и того же режима работы тур­ бины температура диска может быть неодинакова также и по его сечению.

Для дисков сравнительно небольшой толщины существенное значение имеет аксиальная вибрация. По своему характеру вибра­ ция дисков близка к вибрации тонких пластин. Для дисков, также как и для лопаток, характерно многообразие форм прогиба при вибрации. При этом, как и для лопаток, каждой форме прогиба дисков соответствует определенная частота свободных колебаний. При наименьшей частоте наблюдаются общие колебания диска, для которых характерно отсутствие участков, остающихся при этих колебаниях неподвижными. Следующей частоте колебаний, при которой наблюдается резкое повышение их амплитуды, соот­ ветствуют колебания с одним диаметром диска, остающимся не­ подвижным, — так называемым узловым диаметром.

Дальнейшее повышение частоты до некоторого определенного для данного диска значения вызывает вибрацию с двумя узловыми диаметрами, затем с тремя и т. д. В вибрирующих дисках наблю­ даются также и узловые кольца, т. е. окружности, остающиеся неподвижными в процессе колебания. Обычно колебания с узло­ выми кольцами не представляют серьезной опасности для работы диска. Наиболее опасными являются колебания при некоторой критической скорости вращения диска с небольшим числом узло­ вых диаметров.

Диск и установленные на нем лопатки вибрируют одновре­ менно, и поэтому при изучении колебаний их следует рассмат­ ривать как одно целое. Когда в процессе работы диска имеет место резонанс внешних импульсов, обусловленных теми или иными неравномерностями потока пара, с частотой собственных колеба­ ний дисков, возможно перенапряжение металла и разрушение диска. Следовательно, конструировать диски надо так, чтобы они не работали в условиях опасных резонансных вибраций. Так как расчет не может быть абсолютно точен и не учитывает всех возможных факторов, влияющих на характер и частоту вибрации, необходима экспериментальная проверка вибрации дисков.

В практике турбостроения проводят статические и динамиче­ ские испытания на вибрацию. Для статических испытаний диск устанавливают в горизонтальном положении и у его обода монти­ руют достаточно сильный электромагнит переменного тока. При прохождении тока через катушки электромагнита диск испыты­ вает толчки (импульсы), вызывающие вибрацию. Частота толчков в 2 раза больше частоты питающего магнит переменного тока. Частоту тока можно изменять в необходимых пределах.

Формы изгиба колеблющегося тонкого диска можно наблюдать, посыпав его поверхность песком. При вибрации песок образует на поверхности диска определенные фигуры, различные для раз­

169

ных видов колебаний — с двумя, тремя и более узловыми диамет­ рами. Иногда число узловых диаметров определяют на ощупь.

Частоту импульсов постепенно повышают, пока не начинается вибрация со значительной амплитудой (резонанс). При изменении числа импульсов даже на небольшую величину вибрация диска прекращается. Далее, повышая частоту магнитных импульсов, находят второй момент, вызывающий вибрацию диска, но уже при ином виде вибрации — с одним узловым диаметром. Дальнейшим повышением частоты возбуждают вибрацию с двумя узловыми диаметрами и т. д. Так определяют частоту, характерную для каж­ дого вида вибрации диска. При этом чем больше узловых диамет­ ров, тем выше частота вибрации и тем труднее вибрация возбу­ ждается. Частота свободных колебаний вращающегося диска выше, чем невращающегося, так как центробежная сила действует как фактор, увеличивающий жесткость диска.

Для динамических испытаний дисков на вибрацию создают специальные весьма сложные установки. Исследуемьій диск по­ мещают в бронированный корпус из-за возможного разрушения диска в процессе испытаний. Диску сообщают вибрации с разным числом узловых диаметров и определяют частоту этих вибраций. Если испытания покажут, что диск может оказаться в зоне опас­ ных резонансных колебаний, то с диска срезают некоторую часть металла (массу удаляемого металла и место выреза определяют

31.Химический состав (в %) перлитных сталей, применяемых для дисков паровых турбин

П р и м е ч а н и я : 1. Содержание меди допускается до 0,25%. 2. Сумма содер­

жания серы и фосфора в сталях 34ХМА, 34ХШМА, 34XH3MA и 35ХШМ2ФА не должна превышать 0,045%.

170

расчетом) и подвергают диск повторному испытанию. Испытаниям на вибрацию, особенно динамическим, подвергают не все диски. Не испытывают диски заведомо жесткие с высокой частотой свободных колебаний, так как опасность их разрушения от вибра­ ции практически отсутствует.

Металл диска претерпевает коррозионное воздействие пара, однако оно сравнительно невелико. В связи со значительной тол­ щиной дисков и сравнительно медленным развитием коррозии для работы дисков это явление опасности не представляет.

Диски турбин изготовляют из различных сталей и сплавов. Для паровых турбин применяют диски из сталей Перлитного клас­ са — углеродистых и низколегированных хромистых, хромомо­ либденовых, хромоникельмолибденовых и др.

Химический состав, рекомендуемая термическая обработка и физические свойства перлитных сталей, используемых для дис­ ков паровых турбин, приведены в табл. 31—33.

Кроме указанных в табл. 31—33 марок стали для изготовления дисков используют стали Р2М и ЭИ415 (см. стр. 184). Для дисков энергетических турбин средней и большой мощности, производи­ мых в последние годы отечественными турбостроительными заво­ дами, применяют, в основном, пять марок стали: 40Х, 34ХМА, 34ХН1МА, 34XH3MA и 35ХН1М2ФА. Техническими условиями

171

33.Физические свойства перлитных сталей, применяемых для турбинных дисков

34.Механические свойства поковок дисков

взависимости от категории прочности стали

ирекомендуемые марки стали

на поковки турбинных дисков предусмотрены требования (табл. 34), которым должны отвечать механические свойства тангенциальных образцов, взятых от втулок при испытаниях в условиях комнатной температуры.

Колебания твердости в пределах одной поковки не должны превышать: между ободом и ступицей НВ 35 и между отдельными точками обода и ступицы НВ 30. Испытания твердости проводят

172