Усилия, действующие на рабочую лопатку
Рабочие лопатки испытывают воздействия от центробежных сил вращения, аэродинамических сил потока пара или газа, а также температурные воздействия.
Центробежные силы относятся к стационарным или медленноизменяющимся воздействиям. Следовательно, от них зависит статическая кратковременная и длительная прочность лопаток. Эти силы вызывают статическое растяжение, изгиб и кручение рабочих лопаток.
Аэродинамические силы имеют стационарную и переменную составляющие. Первые вызывают статический изгиб и кручение, и влияют на статическую прочность. Вторые вызывают колебания и определяют вибрационную надежность лопаточного аппарата.
При переходных режимах, таких как пуск, нагружение, разгрузка, останов, из-за неравномерного прогрева и охлаждения в рабочих лопатках возникают температурные напряжения. При повторении таких режимов температурные воздействия определяют термоциклическую прочность рабочих лопаток.
Уравнения равновесия лопатки
Для определения внутренних силовых факторов рассмотрим равновесие элемента лопатки под действием аэродинамических сил и центробежных сил инерции. Рассмотрим элемент лопатки, выделенный двумя сечениями на расстоянии z и z+dz от начала координат. Ось лопатки в деформированном состоянии и схема нагружения выделенного элемента показана на рис. 13. Здесь u и v – смещения (прогибы) в сечении соответственно в направлении осей x и y; θу – угол наклона оси лопатки.
На поперечных сечениях элемента действуют растягивающие силы N и N1, перерезывающие силы Qx и Qx1 и изгибающие моменты My и My1. На выделенный элемент так же действуют распределенные (объемные) центробежные силы инерции и поверхностные аэродинамические силы.
Центробежные силы.
Элементарная центробежная сила, действующая на выделенный элемент dz, определяется как
где ν=ρF – линейная плотность (масса, приходящаяся на единицу длины лопатки). Проекции этой силы на оси z, x и y составят соответственно
| Рис. 13. Лопатка в деформированном состоянии
а – проекция на плоскость xOz;
б – проекция на плоскость yOz;
в – схема нагружения элемента лопатки в плоскости xOz.
|
Проекция центробежной силы на ось y равна нулю, поскольку она может действовать только в плоскости вращения.
Тогда нагрузка на единицу длины лопатки от центробежных сил инерции вдоль оси x составит
Дата добавления: 2016-02-16; просмотров: 2168;
