5.3. Расчет диафрагмы первой нерегулируемой ступени

Диафрагмы ЧВД, работающие в области высоких температур, вы-полняются сварными. В них фрезерованные сопловые лопатки предва-рительно привариваются к бандажам, имеющим специальные профильные отверстия. Бандажи вместе с лопатками свариваются с ободом и телом диафрагмы. Диафрагма состоит из двух половин. Для надежной фиксации половин диафрагмы в горизонтальном разъеме устанавливаются попе-речные шпонки, а на боковой поверхности – вертикальные. Диафрагма испытывает воздействие разности давлений по обе стороны ∆Р = Р₀ – Р₁, создающей напряжение и вызывающей ее прогиб. Оценка надежности сварной диафрагмы выполняется расчетом её прогиба и максимального напряжения по упрощенной методике А. М. Валя [6, 7]. Методика расчета диафрагмы приведена в Приложении VI.

Рассчитывается сварная диафрагма первой нерегулируемой ступени. Конфигурация диафрагмы, внутренний диаметр d, толщина δ и размеры обода принимаются по прототипу. Внешний диаметр D определяется как сумма среднего диаметра ступени, высоты сопловых лопаток и размеров обода. По выбранным размерам вычерчивается эскиз диафрагмы, рис. VI.1. Если в результате расчетов напряжения или прогиб диафрагмы превысят допустимые значения, следует увеличить толщину диафрагмы. Марку стали выбирают по найденному напряжению с таким пределом текучести, который обеспечивает необходимое значение коэффициента запаса прочности при рабочей температуре:

где [σ_0,2] – предел текучести выбранной марки стали (Приложение XII); σ_max – максимальное напряжение в диафрагме.

5.4. Расчет диска последней ступени

Диски турбинных роторов испытывают высокие напряжения от центробежной силы собственной массы и массы рабочих лопаток. Эти нап-ряжения определяются частотой вращения ротора, массой рабочих лопа-ток, размерами и конфигурацией диска и др. В зависимости от типа ротора диск может выполняться с центральной расточкой для вала (ротор с на-садными дисками), с центральным свободным отверстием (цельнокованый ротор) или без отверстия (сварной или сболченный ротор ЦНД). Диаметр расточки насадного диска составляет 430–450 мм в ЦСД и 450–550 мм в ЦНД. Диаметр свободного отверстия цельнокованого ротора 120–150 мм.

У дисков обычно различают обод, втулку и полотно. В некоторых случаях отсутствует обод, а у дисков цельнокованого ротора без цент-ральной расточки – втулка. Полотно выполняют коническим, постоянной толщины, гиперболическим и др. Конфигурацию и основные размеры дис-ка выбирают по прототипу или по аналогии с подобными конструкциями. Внешний диаметр диска и ширину обода определяют в соответствии с кор-невым диаметром ступени, шириной лопаток и типом хвостовиков. Затем вычерчивают эскиз диска в масштабе, рис. VII.1. Диск разбивают не менее, чем на четыре характерных участка. Например, обод – один участок, втулка – еще один участок, полотно – два участка. Если полотно имеет ко-ническую или гиперболическую конфигурацию, его представляют в виде двух участков постоянной толщины. По эскизу определяют размеры внутреннего и наружного сечений каждого участка (толщину «y» и радиус «r»), рис. VII.1. Толщина «y» каждого сечения в расчете принимается постоянной. Напряжения в заданных сечениях диска определяют методом «двух расчетов» от внутреннего радиуса к внешнему [6, 7].

Первый расчет выполняется для вращающегося диска.

Второй расчет – для невращающегося (n = 0 об/мин).

Для расчетов задают граничные условия на внешнем и внутреннем радиусах диска (иначе говоря, заранее определяемые, уже известные или произвольно задаваемые напряжения). Например, граничное условие на внешнем радиусе – это заранее определяемое радиальное напряжение в диске от центробежной силы рабочих лопаток. Граничное условие на внутреннем радиусе – это известное радиальное напряжение от натяга (σ₀ = –10 МПа, если диск насадной), или отсутствие напряжений (σ₀ = 0, если имеется цельнокованый ротор с центральным отверстием), или др. По результатам двух расчетов определяют истинные напряжения во всех сечениях диска и строят эпюру напряжений. Найдя максимальное тангенциальное напряжение, выбирают марку стали с таким пределом текучести, который обеспечивает необходимый коэффициент запаса прочности:

где [σ_0,2] – предел текучести выбранной марки стали (Приложение XII); τ_max – максимальное тангенциальное напряжение в диске.

Методика расчета диска приведена в Приложении VII.