Турбина білігінің диаметрін есептеу: қуат, жылдамдық, ығысу кернеуі және бұралу шектері

Турбина білігі деформацияға қарсы тұру және ротордың сенімді әрекетін сақтау кезінде қуатты беруі керек. Қуат пен айналу жылдамдығы берілген моментті белгілейді, бірақ тек қана момент дайын білікті анықтай алмайды. Инженерлер иілуді, шаршауды, температураны және ротор динамикасын зерттемес бұрын бастапқы диаметр рұқсат етілген ығысу кернеуін де, бұралу бұралуын да қанағаттандыруы керек. Сондықтан практикалық бастапқы нүкте есептеулер жұбы болып табылады: бірі беріктік үшін, екіншісі қаттылық үшін. Төмендегі әдіс серпімді бұралу кезінде идеалды тұтас дөңгелек білікке қолданылады. Ол бу турбинасы роторын жобалаудың толық процедурасын немесе өндірістік босату өлшемін емес, алдын ала инженерлік бағалауды қамтамасыз етеді.

Неліктен турбина білігінің диаметрі маңызды

Диаметр айналу моменті мен бұралуға төзімділікке қатты әсер етеді. Қатты дөңгелек қима үшін бұралу ығысу кернеуі текше диаметрге кері өзгереді, ал бұралу төртінші дәрежеге диаметрге кері өзгереді. Сондықтан қарапайым өлшемді өзгерту айтарлықтай әсер етуі мүмкін.

Төмен өлшемді турбина білігі кернеу шегінен асып кетуі, шамадан тыс бұралуы немесе интерфейстің қолайсыз әрекетін тудыруы мүмкін. Диаметрдің ұлғаюы осы номиналды бұралу талаптарын азайтады, бірақ ол сонымен қатар материалды қосады, массаның таралуын өзгертеді, мойынтіректердің және муфталардың интерфейстеріне әсер етеді және ротордың динамикалық қасиеттерін өзгертеді. Көбірек материал автоматты түрде жақсы жүйе дизайны емес.

Пайдалы сұрақ - біліктердің әрбір бөлігін қандай талап басқарады. Журнал, ілінісу орны және ротор корпусы міндетті түрде бірдей жүктерді көтермейді немесе бірдей диаметрлерді қажет етпейді. Алдын ала есептеулер бүкіл ротор бойымен бір үлкен өлшемді көтермелеудің орнына, біліктердің сатылы орналасуын қолдауы керек.

1-қадам — Қуат пен жылдамдықтан білік моментін есептеңіз

Секция арқылы берілетін механикалық қуаттың айналу моментін және оның айналу жылдамдығын есептеңіз. Қажетті тиімділік пен жетекті реттеусіз бу термиялық кірісін немесе генератордың электр шығысын емес, білік шығысын пайдаланыңыз.

T = 9550P / n

• T: берілген момент Н·м.

• P: механикалық қуат кВт.

• n: айн/мин айналу жылдамдығы.

9550 коэффициенті 60 000/(2π) мәнінен дөңгелектенеді. Ол қуатпен ваттпен және секундына радианмен ω = 2πn/60 бұрыштық жылдамдығымен P = Tω мәнінен шығады. Теңдеудің кВт нұсқасына ватттарды салмаңыз.

Жұмыс мысалы: 3000 айн/мин жылдамдықта 1000 кВт

Осы мысалдағы барлық мәндер иллюстрациялық болжамдар болып табылады. Олар нақты бу турбинасына арналған техникалық сипаттамалар емес. Біртекті қатты білік 3000 айн/мин жылдамдықта 1000 кВт өткізеді делік:

T = 9550 × 1000 / 3000 ≈ 3183 Н·м

Бірдей қуатта және 1500 айн/мин айналу моменті шамамен екі есе артып, 6367 Н·м болады. Өзгеріссіз рұқсат етілген ығысу кернеуі кезінде беріктікке негізделген диаметр екі текше түбірге немесе шамамен 26%-ға артады. Бұл неліктен төмен жылдамдықты беріліс үшін үлкен турбиналық білікке қажет болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Теңдеу тұрақты қуат беруді сипаттайды. Іске қосу, сапарлар, жүктемені қабылдамау және басқа өтпелі кезеңдер өздерінің айналу моментін бағалауды қажет етеді. Номиналды қуатты нөлге жақындаған жылдамдыққа бөлу іске қосу моментін алудың дұрыс жолы емес; нақты операциялық жүктеме жағдайы белгіленуі керек.

2-қадам — рұқсат етілген ығысу кернеуі негізінде біліктің диаметрін есептеңіз

Таза, сызықты серпімді бұралу кезінде тұтас дөңгелек білік үшін максималды номиналды ығысу кернеуі сыртқы бетінде пайда болады. J = πd ауданының полярлық екінші моментін пайдалану мынаны береді:⁴/32

τ _max = 16T / (πd ³)
d _кернеу = [16T / (πτ _{рұқсат ету} )] ^1/3

Бірліктерді біркелкі ұстаңыз. Крутящий моменті N·m және Па рұқсат етілген кернеуі кезінде диаметрі метрде. Немесе диаметрді тікелей миллиметрмен алу үшін Н·мм-де моментті және Н/мм⊃2-ге баламалы МПа-дағы кернеуді пайдаланыңыз.

Мысалы, есептеуді көрсету үшін 40 МПа рұқсат етілген ығысу кернеуін алайық:

d _кернеу = [16 × 3183 / (π × 40 × 10 ⁶)] ^1/3
d _кернеу ≈ 0,0740 м = 74,0 мм

Бұл бұралу күшін идеалдандырылған бағалау. Ол иілуді, шаршауды, кернеу концентрациясын, жылу әсерлерін және ротор динамикасын қоспайды. Оны турбина білігінің соңғы диаметрі ретінде пайдалану мүмкін емес.

Нәтижені қабылдамас бұрын рұқсат етілген кернеуді таңдаңыз

Рұқсат етілген ығысу кернеуі көрсетілген материал жағдайын, жұмыс температурасын, сәйкес бұзылу режимін, жобалық негізді және талап етілетін шеттерді көрсетуі керек. Болжалды 40 МПа әмбебап болат мәні де, ұсынылатын турбиналық дизайн шегі де емес.

Сондай-ақ шеттер қалай қолданылатынын анықтаңыз. Егер рұқсат етілген кернеу қауіпсіздік факторын қамтыса, дизайн әдісін түсінбестен қосымша факторды енгізуге болмайды. Жүктеме көбейткіші текше-түбір диаметрі теңдеуінің ішінде әрекет етеді; есептелген диаметрді сол санға көбейту басқа маржаны береді. Бұл айырмашылықты құжаттау есептеуді қайта қарауға мүмкіндік береді.

Сығылған ротор үшін тұтас қима өрнегін J = π(d _o ⁴ − d _i ⁴)/32 және τ _max = Td _o /(2J) деп ауыстырыңыз. Саңылау материалды жояды және кернеу мен қаттылықты өзгертеді. Тұтас білік нәтижесін өзгеріссіз тасымалдауға болмайды.

3-қадам — Бұралу шегін тексеріңіз

Турбина білігі ығысу кернеуін тексеруден өтіп, әлі де тым көп бұралуы мүмкін. Тұрақты моменті, ұзындығы және ығысу модулі бар біртекті тұтас дөңгелек сегмент үшін:

θ = TL/(GJ) = 32TL/(πGd ⁴)
d _бұралу = [32TL/(πGθ _{рұқсат ету} )] ^1/4

Мұндағы θ – радиандағы салыстырмалы бұрыштық орын ауыстыру, L – сегмент ұзындығы, G – материалдың ығысу модулі. Н·м немесе миллиметр және Н/мм⊃2 моменті бар метр мен Па пайдаланыңыз; айналу моменті Н·мм. θ көмегімен градус шегін радианға түрлендіру ._rad = θ _deg π/180

Қаттылықты тексеру арқылы мысалды аяқтаңыз

Үш көрнекі болжамды қосыңыз: сегмент ұзындығы L = 1,0 м, ығысу модулі G = 80 GPa және рұқсат етілген жалпы бұралу θ _{рұқсат етілген} сегмент бойынша = 0,5°. Бұл турбиналарды қабылдау критерийлері емес, есептеу кірістері.

θ кезінде d = 74,0 мм
= 32 × 3183 × 1,0 / [π × 80 × 10 ⁹ × (0,0740) ⁴]
≈ 0,0135 рад ≈ 0,775°

74,0 мм қима номиналды ығысу кернеуінің шегіне сай болса да, болжанған бұралу шегін орындамайды. Қаттылыққа негізделген диаметрді шешу шамамен 82,6 мм береді. Үлкенірек алдын ала талапты ескере отырып, басқа тексерулер мен өлшемді егжей-тегжейлерге дейін 82,6 мм береді.

Қадамдық турбина білігі үшін әрбір сегмент үшін бұралуды есептеп, қол қойылған үлестерді қосыңдар: θ = Σ[T _i L _i /(G _i J _i )]. Әрбір сегмент арқылы нақты берілетін моментті пайдаланыңыз. Ұзын, тар ілінісу бөлігін біркелкі үлкен ротор корпусының бөлігі ретінде өңдеу жалпы бұралуды бағаламауы мүмкін.

4-қадам — Турбина білігін жобалаудың нақты факторларын қарастырыңыз

Үлкен бұралу бағасы босату шешімі емес, бастапқы геометрия болып табылады. Турбина білігінің толық жүктелу тарихын, жергілікті мүмкіндіктерді, тірек құрылымын және жұмыс ортасын тексеруді қажет етеді.

• Біріктірілген жүктеме: ротордың салмағы, бу күштері, ілінісу жүктемелері және туралау шарттары моментпен қатар иілу және осьтік жүктемені тудыруы мүмкін.

• Шаршау: Айналмалы иілу және қайталанатын жұмыс циклдері ауыспалы және орташа кернеуді, материал жағдайын, беттің күйін және жергілікті геометрияны бағалауды талап етеді.

• Стресс концентрациясы: иықтар, филелер, ойықтар, ілмектер және ілінісу қосылымдары тіпті номиналды кернеу қолайлы болған кезде де жергілікті түрде реттей алады.

• Материал және температура: Белгіленген термиялық өңдеуге және қызмет көрсету температурасына сәйкес қасиеттерді пайдаланыңыз; қажет болған жағдайда уақытқа тәуелді мінез-құлықты бағалау.

• Тіректер мен динамика: мойынтіректердің аралығы, мойынтіректердің қасиеттері, ротордың массасы және біліктің қаттылығы ауытқуға, режимдерге және критикалық жылдамдыққа әсер етеді.

• Жылулық жағдайлар: Температура градиенттері, кеңею және термиялық иілу ротор мен саңылау дизайнында ескеруді қажет етеді.

Әрбір маңызды бөлім үшін жүктеме жағдайын, есептеу негізін, қолданылатын шектеуді және қалған тексеруді жазыңыз. Бұл айналу моментін алдын ала есептеудің толық ротордың қолайлы екендігін дәлелдейтін қателіктердің алдын алады.

Теориялық біліктің диаметрінен дәлдікпен өндіруге дейін

Расталған жобаны бекітілген сызбаға және тексеру жоспарына түрлендіру. Материалдың сорты, термиялық өңдеу, соғуды қабылдау, журнал өлшемдері, деректер арақатынасы және бет құрылымы бірге көрсетілуі керек; Диаметрге төзімділік тек функционалды турбина білігін сипаттамайды.

Shanghai TOTEM Machinery Co., Ltd - сызбаға негізделген өңдеуді және соғуды ұсынатын өндіруші және жеткізуші. бу турбинасы роторының біліктері . ультрадыбыстық сынаумен Оның өңдеу мүмкіндіктеріне жону, фрезерлеу және тегістеу кіреді. Бұл мүмкіндіктер анықталған талаптарға сәйкес өндірісті қолдайды; роторды жобалау органы әлі де толық механикалық және динамикалық дизайнды белгілеп, бекітуі керек.

Пайдалы өндірістік тапсыру материалдың қадағалануын және термиялық өңдеу жазбаларын, қажетті соғу сараптамаларын, журнал өлшемі мен пішінін, коаксиалды қатынастарды, деректер негізіндегі ағу және беттің кедір-бұдырлығын анықтайды. Дәлдік сияқты жалпы шарттарға сүйенбей, қабылдау шектері мен өлшем шарттарын анықтаңыз.

Тексеру дөңгелектікті ағып кетуден және өлшемдік сәйкестікті теңгерімнен ажыратуы керек. Журнал геометриялық талаптарды орындамаған кезде өзінің номиналды диаметрін қанағаттандыра алады. Тиісті турбина бөлігінің сапасын тексеру, сондықтан бекітілген құрамдас функцияны және сызбаны қайта қарауды орындау керек.

Қорытынды

Механикалық қуат пен айналу моментін есептеу арқылы турбина білігінің өлшемін бастаңыз, содан кейін рұқсат етілген ығысу кернеуі мен рұқсат етілген бұралу талап ететін диаметрлерді салыстырыңыз. Көрнекі мысалда қаттылық алдын ала талапты шамамен 74,0 мм-ден 82,6 мм-ге дейін арттырады. Ешбір нәтиже дайын ротор өлшемін белгілемейді. Біріктірілген жүктемелер, шаршау, температура, жергілікті геометрия және ротор динамикасы маңызды дизайн тексерулері болып қала береді. Өңделген компоненттерді өндіруші және жеткізуші Shanghai TOTEM Machinery Co., Ltd. сызбаға негізделген білік өндірісін қолдай алады. Дайын құрамдас нақты критерийлер бойынша бағалануы үшін өндіріс талаптары бекітілген дизайн мен тексеру жоспарына сәйкес болуы керек.

Жиі қойылатын сұрақтар

Турбинаның қуаты білік диаметріне қалай әсер етеді?

Белгіленген жылдамдықта айналу моменті механикалық қуатқа пропорционалды түрде артады. Өзгеріссіз рұқсат етілген ығысу кернеуімен, мінсіз күшке негізделген диаметр үштен бір қуатқа дейін қуатпен таралады. Өзгермейтін ұзындық, ығысу модулі және рұқсат етілген бұралу кезінде қаттылыққа негізделген диаметр төрттен бір қуатқа дейін қуатпен таралады.

Жоғары айналу жылдамдығы әрқашан кішірек білікті қажет етеді ме?

Жоқ. Жоғары жылдамдық тұрақты қуаттағы тұрақты моментті азайтады, бұл тек айналдыру моментін бағалауды төмендетуі мүмкін. Соңғы диаметр әлі де ротор динамикасы, иілу, шаршау, интерфейстер немесе өтпелі жүктемелер арқылы басқарылуы мүмкін. Жылдамдықты ротордың толық дизайны шеңберінде бағалау керек.

Турбина білігінің беріктігі мен бұралу қаттылығының айырмашылығы неде?

Күш кернеудің таңдалған материал мен дизайн шегінде қалуына қатысты. Бұралу қаттылығы айналу моменті кезінде бір секцияның екіншісіне қатысты қаншалықты айналатындығына қатысты. Материалдың беріктігін арттыру міндетті түрде ығысу модулінің салыстырмалы артуына немесе бұралудың төмендеуіне әкелмейді.

Турбина білігінің соңғы диаметрін тек қана айналдыру моменті анықтай ала ма?

Жоқ. Момент жүктеменің бір бөлігін ғана белгілейді. Сондай-ақ соңғы дизайн білік геометриясын, тірек орналасуын, иілу және осьтік жүктемелерді, жұмыс циклдерін, температура жағдайларын, интерфейстерді және ротордың динамикалық талаптарын қажет етеді.