ЦЕНТРАЛЬНЫЙ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ КОТЛОТУРБИННЫЙ ИНСТИТУТ им. И. И. ПОЛЗУНОВА

РУКОВОДЯЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ТУРБИНЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СПИРАЛЬНЫХ КАМЕР РТМ 24.022.04-72

ЛЕНИНГРАД

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ КОТЛОТУРБИННЫИ ИНСТИТУТ им. И. И. ПОЛЗУНОВА

РУКОВОДЯЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ТУРБИНЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СПИРАЛЬНЫХ КАМЕР

РТМ 24.022.04—72

ЛЕНИНГРАД

РАЗРАБОТАНЫ Центральным научно-исследовательским и проектно-конструкторским котлотурбинным институтом им. И. И. Пол-зунова

Директор    МАРКОВ    Н.    М.

Начальник отдела гидротурбин    ГРИГОРЬЕВ    В.    И.

Руководитель темы    ПОСТОЕВ    В.    С.

Исполнитель    ЗИНДМАН    А.    П.

Заведующий базовым отраслевым отделом

стандартизации    БАРАНОВ    А.    П.

Заведующий сектором турбин и турбовспомогательного оборудования    СУКОНКИН    П.    И.

Харьковским турбинным заводом им. С. М. Кирова

Главный конструктор гидротурбин    РОБУК Н.    Н.

Исполнители:    ПУПКО Т.    Е.,

ФРИДМАН Л. И.

заводом им. XXII съезда КПСС

ЩЕГОЛЕВ г. с. АРОНСОН А. я., ФРАНК-КАМЕНЕЦКИИ Г. X., БЕРХОВ Н. Ф., ДМИТРИЕВА Л. Д., ИВАНОВ С. В.

ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главтурбопромом Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Главный инженер    ПОЛИЩУК    В.    Л.

УТВЕРЖДЕНЫ Министерством тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Заместитель министра

УДК 621.224.-225.12:539.4.001.24(083.75)

РУКОВОДЯЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ТУРБИНЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

расчет на прочность спиральных РТРЯ 24.022.04    72

КАМЕР

Указанием Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения от 6 апреля 1972 г. № ПС-002/6019 введены как рекомендуемые.

Настоящие руководящие технические материалы устанавливают методы расчета на прочность спиральных камер и статоров гидротурбин, не подкрепленных железобетонным блоком и подкрепленных со стороны статора железобетонным поясом.

В настоящее время существует несколько методов расчета на прочность спиральных камер. Из них наиболее полно разработаны метод ЦКТИ—ХТГЗ и метод ЛМЗ. Поэтому в руководящих технических материалах приведены оба этих метода. По мере накопления опытных и расчетных данных предполагается создать единый метод расчета, который будет отражен в следующих изданиях РТМ.

Разделы 1—4 разработаны ЦКТИ и ХТГЗ, разделы 5—14—ЛМЗ.

I. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА СТАТОРА И СПИРАЛЬНОЙ КАМЕРЫ,

НЕ ПОДКРЕПЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ БЛОКОМ

1.1.    Разработанный алгоритм запрограммирован на АЛГОЛЕ и реализован на ЭЦВМ «М-220» с использованием транслятора ТА—1М.

1.2.    Конструктивно спиральная камера состоит из трех элементов: оболочки (гладкая или оребренная), колец статора и колонн. Решается задача определения усилий в элементах статорного

Издание официальное 1*

Перепечатка воспрещена

---

Стр. 2 РТМ 24.022.04-72

узла при воздействии на торообразную оболочку внутреннего гидростатического давления.

1.3. Задача о сопряжении оболочки спиральной камеры со статорным кольцом и колоннами представляется в виде симметричной расчетной схемы: предполагается, что со стороны спиральной камеры на кольцо статора действуют усилия, равномерно распреде-

ленные по окружности сопряжения. Эти усилия принимаются равными усилиям, возникающим во входном сечении спиральной камеры.

1.4. Конструкция спиральной камеры со статором представляет собой статически неопределимую систему, состоящую из трех взаимно связанных элементов: оболочки, кольца и колонны.

Степень статической неопределимости будет определяться восемью неизвестными связями — тремя между кольцом и оболочкой и пятью между кольцом и колонной (черт. 1).

PTM 24.022.04—72 Стр. 3

1.5. Если принять положительные направления усилий, перемещений и углов поворота такими, как показано на черт. 1, то условия сопряжения оболочки, кольца и колонны будут следующими: кольцо — колонна:

Э, + б, = 0;

Рл —0;

гл + Дл + ",Ук=о_:    ⁽¹⁾

£/ + V <л = 0;

кольцо — оболочка:

0,_Ооб = О;

Ук) ' ^'^ro6⁼⁼^*    (I'J

г_я)=0.

Уравнения статики кольца:

ХъГш + x*r_H — N_Kr_K = 0;

П")

— дг₄г_к + х_аг =0.

1.6.    Условия (1) выражаются через неизвестные усилия после нахождения коэффициентов податливости колонны, кольца и оболочки.

1.7.    Приводятся формулы для коэффициентов податливости и перемещений колонны.

Колонны испытывают косой изгиб от сил Х\_% х₂, х₃ и х₄ и осевое растяжение от силы х$.

Коэффициенты податливости колонны, которые определяются по формулам косого изгиба, будут следующими:

ь	Лк	( COS-<p	. sin2? \	* h	— Лк c|n9®f	I	1 v
*11	Е	V Jx	1 Jy )	» *21	2E S!n^\	Jy	Jx)’
ь	_ЛК*	( Sin2<f>	, cos*«p\			1	> v
*31	— 2	v Л	+ Jx )	» *41	— 4£ bln <P ^	Лг	Jy)'
ь	Лк	( Sln=<p	1 COS=<f^		_ л“2 9 ,r /	1	• у
	Е	V Jx	1 Jy )	11 «32	— 4 sin z r ^	Jy	Jx)'
	Л-к/	cos*<p ,	s|n2<p \.		. V COS"		? , Sin2?
42	2 Е\	Jy 1	Jx Г	*33	3£-----T\	Jx	+ y.
^43	— Лкз ~ б£	sin2©	}___L) jy Jx)	* ^44	Л3K ( sin2? 3E\ Jx	+	COS2<p \ Jy Г
^23 =	-k	k2\ —	^42* ^12	~=z к.}):	k3i = fc43;	k	_ Лк 55 — ££*

Стр. 4 РТМ 24.022.04-72

Перемещения и поворот колонн определяются через коэффициенты податливости и неизвестные усилия по формулам:

Р/ = — (*„•*, + Ь_пХ_г +    +    At_l4JC₄);

2=г,

5/ — _n    iX\    -f- ^'s}X > J- k₃₃X₃ ~|“

?n = -—+ k_l2x-,+ k_vix₃ + k_tix_t);

* 2r.r_K ,

киъХ_:%.

1.8. Приводятся формулы для коэффициентов податливости и перемещений кольца.

Все известные нагрузки приводятся к эквивалентным нагрузкам, приложенным к дуге окружности радиуса г_к, который определяется как пересечение нейтральной оси кольца с осью колонны, и могут быть приведены к моменту М_к и растягивающей силе Q_H (черт. 2):

- -- \p_v (г, - г_к) + Р_а (г_к — г_а) г_а - р_н (у_к - Л_к -f Л„) г_и +

+ Vt (г₆ — Г_к) г_б — Н₆Л_бг₆\;

Qh~ 77 (^6^Г6 ^—

Поворот кольца а_х от единичного момента, равномерно распределенного по кольцу, и радиальное смещение кольца а₃ от единичной силы определяются по формулам:

г_к    г_к

^а' —ж/' ^ai~W_c-

Поворот и перемещение кольца будут равны:

⁶/ = «!■*! + а,у_кх₃ + а,-^-х₀-а, -^-(y_K~h_K)x₃ +

Г К    ^гк

+ ^а,-—(г„~^гк)х_г -а,М_к: ^д п = а₃х j —    *₇ — a,Q_H.

1.9. Формулы коэффициентов податливости и перемещений оболочки

1.9.1. Задача расчета оболочки решается численно—методом конечных разностей.

Для численного расчета изгиба произвольных оболочек вращения на осесимметричную нагрузку разрешающие дифференциальные уравнения задачи записываются в виде [1]:

1 Л    '    №

dt + ^{C0S 0} (^Sj ~ ^£|) + ^{Sin 08 =} 0.

Изгибающие моменты Afj и М₂ выражаются через деформации из соотношений упругости для оребренной оболочки:

А11 =    -f~ '*D*2 “I^-    у

M₂ — D (х₂ + vx,).

Из тех же соотношений упругости следует:

^{£| =} в_х-*в(^Тх    в_х—    лв    ^х;

¹ т*

^Е2 — Д '2 ^VSl*

1.9.2. Если ввести две функции: К и О, которые известны как переменные Майсснера, то все величины, входящие в уравнения (4), можно представить в виде:

^т^ (®);

/V =-^- V+F₂(<>).

Здесь Z⁷! (0) и F₂(0) зависят от внешних нагрузок следующим образом:

F, (9) = [sin ')( $ A.E^dB +    -    cos    9 $ Л ,£,/?,|;

² L    '    e„    J

F₂(9)=-i-[cos9j    +    —    sin    9 J Л₂Е_ж/?,г/9 j ,

L    d₀    &o    I

где ^ = cos 0^_л —sinQ^,; £* = eos0<?₁ + sin bq_n;

P_z — значения главного вектора внешних сил, приложенных к границе оболочки.

Компоненты изменения кривизны у.\ и х₂ выражаются через угол поворота ft:

1

PTM 24.022.04—72 Стр. 7

Выражая усилия и деформации через переменные Манссиера и подставляя их в уравнения (4), получим систему двух дифференциальных уравнений второго порядка для решения задачи расчета оболочки.

1.9.3.    При решении задачи конечно-разностным методом нет необходимости выводить исходные дифференциальные уравнения. Получение разностных уравнений осуществляется по заданной программе на ЭЦВМ. Для этого связь усилий и моментов с переменными Майсснера представляется в конечно-разностном виДе и дальнейший вывод уравнений производится на ЭЦВМ. Полученная система алгебраических уравнений решается по формулам матричной прогонки [4].

Найдя неизвестные системы алгебраических уравнений, в каждой точке разбиения находят усилия, деформации и перемещения.

1.9.4.    Расчет оболочки производится для четырех видов единичных нагрузок: распределенного меридионального момента на краю оболочки М), распределенного распорного усилия на краю оболочки Q_x, осевого усилия на краю оболочки P_z, равномерного гидростатического давления на оболочку р.

Перемещения и поворт края оболочки спирали при указанных выше нагрузках определяются по формулам:

^д*_об ⁼ с'*^х« + ^с^^х’ + ^с™^х* — ^AV

^*06 ⁼ ^86^0 “Ь ^87-^7 4“ £«8**8 ^Дг_р»

*>06 = С_мх_й -f с₆₇х₇ + с_в8х₈ - Ь_р.

1.10. Подставляя формулы (2) и (3) в уравнения совместности деформаций (1), получаем систему восьми алгебраических уравнений. Решая эту систему уравнений, получим все неизвестные усилия, а затем по известным формулам — напряжения в колоннах, кольце и оболочке.

2. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА СТАТОРА И СПИРАЛЬНОЙ КАМЕРЫ.

ПОДКРЕПЛЕННЫХ СО СТОРОНЫ СТАТОРА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ ПОЯСОМ

2.1.    Излагается метод расчета спиральной камеры, работающей совместно с железобетонным блоком агрегата, когда оболочка отделена от блока войлочной прокладкой. Расчет смешанных конструкций, в которых оболочка работает совместно с железобетонным блоком агрегата, не рассматривается.

2.2.    Часть оболочки, расположенная выше горизонтального диаметра сечения, отделена от бетонного массива войлочной прокладкой. Таким образом, нагрузка на железобетонный пояс передается через кольцо и забетонированную часть оболочки.

2.3.    Рассматривается такое состояние блока, при котором могут образоваться трещины по вертикальному и горизонтальному сечениям как по наиболее слабым сечениям пояса (черт. 3). При-