Файл: Стеклов, М. Л. Горизонтальные гидравлические турбины. Конструкция и расчет.pdf

Определим прогиб и угол поворота колонн в сечении, где х = h с учетом влияния на прогиб перерезывающей силы. Пола­ гая, что к сечению колонны приложены перерезывающая сила,

Рис. IV.9. Схема сил и моментов, действующих на колонны статора

Тогда (рис. IV.9), если принять, что поворот капсулы проис­ ходит без деформаций, то

где г — проекция на вертикальную ось координаты центра тяжести сечения колонны, сопрягаемого с капсулой.

С помощью соотношений (IV.39) и (IV.40) можно найти связь между перерезывающими силами Kk и изгибающими моментами Lk.

Для первой колонны эта связь может быть записана в виде

84

Легко убедиться, что для колонны 5 будет такое же соотноше­ ние между перерезывающей силой и моментом, т. е.

Связь между изгибающими моментами, действующими в сече­ ниях сопряжения колонн с капсулой и углом поворота капсулы, определяется из условия равенства углов поворота сечений ко­ лонн и капсулы

Изгибающий момент М 0 действует в плоскости £, £ и распре­ деляется между колоннами пропорционально их жесткостям.

85

Момент Л40, возникающий, как уже указывалось выше, от действия весовых нагрузок и архимедовой силы, уравновеши­ вается суммой моментов от сил К и моментов L.

Таким образом,

Значение 0 определяем, рассматривая капсулу как балку.

Определим далее жесткости на изгиб и растяжение (сжатие) колонн статора от реакции В (см. рис. IV.8).

Усилие В — Si вызывает растяжение и сжатие в колоннах 1 и 5, изгиб в колоннах 3 и 7, растяжение и изгиб в колоннах 2 и 8 и сжатие с изгибом в колоннах 4 я 6. Предположим, что уси-

лие< Ъг воспринимается колоннами пропорционально их жесткостям. При этом будем считать, что капсула не деформируется и, следовательно, вертикальные перемещения концов колонн в се­ чении I—/ одинаковы.

Пусть конец колонны 1 имеет вертикальное перемещение, равное Ah. Тогда в соответствии с законом Гука в колонне возни­ кает растягивающее усилие:

(VI.49)

86

Выразим усилия, действующие на колонны, через вертикальные

где у определяется из расчета капсулы как жесткого тела. Определим далее напряжения, возникающие в колоннах от

Напряжения растяжения (сжатия) в колоннах 2, 4, 6, 8 на­ ходим из формулы

Напряжения изгиба, вызываемые в колоннах наличием попе­ речных сил,

Соответственно для колонн 2, 4, 6 и 8 имеем:

88

Напряжения в колоннах от изгибающего момента М 0 опреде­ ляются следующим образом:

Для колонн 2, 4, 6 и 8 выражения К а В определяются анало­ гичным образом.

Численные расчеты напряженного состояния, проведенные для статоров различных гидроагрегатов, показывают, что максималь­ ные напряжения в узлах статора имеют место при режиме двух­ фазного короткого замыкания в генераторе. При нормальной работе они невелики.

Нагрузки, воспринимаемые колоннами статора, пропорцио­ нальны жесткостям этих колонн. Таким образом, верхняя и ниж­ няя колонны, которые из конструктивных соображений выпол­ няются большего сечения, несут обычно значительно большие нагрузки. Максимальные напряжения возникают в сечениях колонн, сопряженных с наружным поясом статора. Поэтому иногда приходится усиливать участки пояса в зоне верхней и ниж­ ней колонн (делать их толще, например).

Поскольку в схеме расчета принимается условие жесткого закрепления колонн статора во внутреннем и наружном поясах, необходимо при конструировании обеспечить это условие. Так, наиболее нагруженные колонны (верхнюю и нижнюю) пропускают через пояса и затем приваривают к ним таким образом, чтобы конец колонны, прошедший наружу, был сварен также с ребрами жесткости статора, составляя с ними единую систему.

15. КАМЕРА ТУРБИНЫ

Камера турбины или, как ее часто называют, камера рабочего колеса — кольцевой узел, состоящий из шарового и конического поясов, соединенных кольцевыми фланцами с болтовым крепле­ нием. Пояса камеры выполняются из нескольких частей. Число частей зависит от размера турбины и способа ее монтажа. Камера турбины Череповецкой ГЭС (рис. IV.11) выполнена из трех

89