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

сварные опоры с запрессованными в них бронзовыми втул­ ками.

Конструкция вала турбины в значительной мере зависит от компоновки агрегата: от места расположения маслоприемника, от конструкций уплотнений турбины, опорного подшипника, стопора агрегата и других факторов. Вал турбины в случае рас­ положения на нем маслоприемника имеет отверстия для подачи масла из маслоприемника в штанги турбины. Все открытые участки вала закрываются защитным кожухом, который должен легко собираться и разбираться.

В горизонтальных капсульных турбинах, выпускаемых ХТЗ, вал выполняется общим—единым для турбины и генератора. Единый вал имеет следующие преимущества:

меньшую металлоемкость и трудоемкость изготовления; более простой монтаж, не требующий сложной выверки ли­

нии валов.

К недостаткам единого вала относятся:

при большой длине вала к обработке поверхности централь­ ного отверстия предъявляются значительно более высокие тре­ бования, чем в случае раздельных валов;

устранение неполадок в турбине или генераторе связано с де­ монтажем всего агрегата, в то время как при раздельных валах турбина и генератор могут быть демонтрированы независимо друг от друга.

Последнее обстоятельство является решающим в связи с чем горизонтальные агрегаты чаще всего выполняются с раздельными валами.

При консольном расположении рабочего колеса величина консоли оказывает большое влияние на поперечные колебания вала. Увеличение консоли приводит к уменьшению критической скорости вращения и независимо от величины напряжений в вале может потребовать увеличения его диаметра.

В зависимости от размеров агрегата и величины нагрузки вал располагается на двух, трех или четырех опорах (подшипниках).

По сравнению с вертикальным валом к обработке поверхности горизонтального вала, особенно в месте прилегания подшипников, предъявляются значительно более высокие требования.

Расчет вала турбин

При проектировании производится статический и динами­ ческий расчет вала.

С т а т и ч е с к и й р а с ч е т включает в себя расчет на изгиб, растяжение и кручение, а также расчет фланцевого соеди­ нения.

Изгиб вала. Наиболее распространенными схемами горизон­

146

четырехопорные валы рассчитываются как статически неопредё* лимые балки по известным методам сопротивления материалов.

Для определения реакций опор учитываются только весовые нагрузки: вес рабочего колеса, заполненного маслом GK, вес ро­ тора генератора Gp г и вес самого вала GB= qlu. Здесь q — вес единицы длины вала, причем длину вала будем учитывать лишь между опорами Л и В (рис. V.26).

Рис. V.26. Схема сил, действующих на двухопор­ ный вал

Опорные реакции находим из уравнения моментов всех сил относительно опор А и В:

рис. V.27.

Дифференциальное уравнение упругой линии вала на участке

где Е — модуль упругости материала вала; / — момент инерции поперечного сечения вала; q — погонный вес вала.

Разделительный значок \x>i. указывает, что соответствующий член должен учитываться только на участках вала при х к> к-

Интегрируя (V.79) дважды, получаем уравнение упругой ли­ нии вала:

По полученным значениям прогибов у выполняется графи­ ческое построение упругой линии вала. Примерный вид упругой линии представлен штрихпунктиром на рис. V.27.

При расположении ро­ тора горизонтальной тур­ бины на трех опорах вид упругой линии позволяет определить положение среднего подшипника для рационального распреде­ ления нагрузок между опорами. При расположе­ нии ротора на четырех

опорах с фланцевыми соединениями между валом турбины и ва­ лом генератора упругая линия строится отдельно для каждого из валов. Тогда при монтаже средних подшипников их устанав­ ливают по высоте так, чтобы торцы фланцев были параллельны друг другу. Этим обеспечивается отсутствие изгибающего мо­

148

Полярный момент сопротивления кручению

(V.83)

где D — наружный диаметр вала, см; d — внутренний диаметр вала, см.

Растяжение вала. Напряжение растяжения в теле вала

В случае, если ротор агрегата состоит не из единого вала, про­ изводят расчет фланцев валов. При этом определяют напряже­ ния в болтах и переходном сечении вала к коническому поясу

(см. рис. V.28).

В отличие от вертикальных турбин, у которых фланцевое соединение валов воспринимает крутящий момент и осевое уси­ лие, в горизонтальных турби­ нах действует дополнительно изгибающий момент от внеш­ них сил — весовых нагрузок.

Экспериментальными иссле­ дованиями установлено, что усталостная прочность фланце­ вого соединения валов зависит от величины предварительного усилия затяга болтов. Это уси­ лие должно обеспечить нерас­ крытое фланцев по кольцевой площади с радиальной шириной

с этим для обеспечения надежной длительной работы фланцев валов и болтов следует произвести расчет напряженного со­ стояния опасных сечений и необходимой плотности фланцевого соединения.

Расчет напряжений в болтах и фланцах от крутящего момента может производиться по обычным формулам сопротивления ма­ териалов. Что касается напряжений от осевых усилий в предва­ рительно напряженных фланцевых соединениях валов и в сечениях валов, непосредственно к ним примыкающим, то их определение связано со значительными трудностями.

149