342 (22)

566

silnio tłumione. Maksymalna amplituda momentu zwarcia przekracza około 10-krotnie moment znamionowy. Obciążenie to trwa bardzo krótko. 1 —1.5 \ckund>. ale może wywołać poważne uszkodzenia, jak wygięcia uzwojeń czołowych generatora, ścięcie wpustów sprzęgła, urwanie czopów wału. uszkodzenie łopatek itp.

Prąd zwarciowy wzrasta kilkadziesiąt razy (ok. 30 razy) powyżej normalnego. Ponieważ jednak jego przesunięcie fazowe cos tp % 0,3. przeto pobierany moment jest około 10 razy większy od normalnego.

Ogólne wyrażenie na moment zwarcia ma postać:

M{t) = £y4_f**^M«in(aK) + £B,«~^k*Mⁿ(2ałt) + £C,e“^w\    (X1V.91)

gdzie pierwszy człon dotyczy zwarcia 2-fazowego, a drugi zwarcia 3-fazowego.

Pulsujący moment zwarcia powoduje drgania skrętne wymuszone układu wirników turbina - generator. Częstość własna drgań skrętnych tego układu musi być odstrojona od rezonansu z momentem zwarcia, tj. przy napędzie bezpośrednim różna od 50 i 100 Hz.

W przybliżonych obliczeniach wału przyjmuje się zastępczo

- 20M_oT—f—,    (XIV.92)

M₀ - NJo) - moment znamionowy, J_T.J_G - moment bezwładności wirnika turbiny, generatora.

W tym przypadku stosuje się współczynnik bezpieczeństwa

fc₁ - A,= 1,5.

Miejscem niebezpiecznym jest zazwyczaj szyjka łożyska nośnego i miejsce osadzenia sprzęgła.

4. Materiały na wirniki

Wirnik turbiny poddany jest bardzo wielkim naprężeniom. Jego pęknięcie prowadzi do bardzo poważnej awarii, wiążącej się często z całkowitym zniszczeniem turbiny, a nieraz ze zniszczeniem maszynowni. Z tego powodu dobór odpowiednich materiałów na detale wirnika jest wyjątkowo odpowiedzialnym zadaniem.

Gatunek materiału dobiera się w zależności od naprężeń, temperatury pracy i warunków eksploatacyjnych. Zasadniczym typem materiału na wirniki składane, spawane i całokute są stale niskostopowe chromowo-niklowo-molib-denowe lub chromowo-molibdenowo-wanadowe.

Przykładową stalą na wirniki pracujące w temperaturze poniżej 400° C jest stal 34HN3M o składzie chemicznym: 0.35% C, 0.27 Si, 0,65 Mn, 0,9 Cr,

3 Ni. 0.3 Mo i granicy plastyczności R_r = 860 MPa » temperatura* 20 C. Dla temperatury do >40 C stosowana bywa m.iit. stal 25 HIMIF (RIl składzie chemicznym: 0.26% C. 0,4 Si, 0,6 Mn. 1.6 Cr, 0,3 Ni, 0.7 Mo. ,25 V. Jej granica plastyczności wynosi:

t	20	500	550* C
K	MO	455	410 MPa

o o

Nie będziemy tu omawiać stali i stopów żaroodpornych stosowanych na wirniki turbin gazowych.

Właściwości mechaniczne odkuwek na tarcze wirnikowe i wirniki zależą w poważnym stopniu od obróbki termicznej.

Naprężenia technologiczne będące skutkiem procesu kucia nic mogą być w całości usunięte, pozostałości na poziomie 30 - 50 MPa la więc dochodzące do 10%R,.) uważa się za dopuszczalne.

Wały wirników składanych wykonuje się ze stali węglowej lub stali chromowej 45 H, lub też chromowo-molibdenowcj 34 HM.

5. Dobór naprężeń dopuszczalnych w wirniku

Tak jak przy obliczaniu wytrzymałościowym łopatek, naprężenia w obszarze niskich temperatur odnosi się do granicy plastyczności przy danej temperaturze R‘_c. Jest ona właściwym kryterium w obszarze i = 400 — 500' C (zależnie od gatunku stali). W obszarze wysokich temperatur porównuje się naprężenia z granicą czasową przy pełzaniu. W rezultacie naprężenia dopuszczalne wynoszą:

K

^dopl “ i

RJt/i

®dopl “ j.

1X1V.93)

Firma radziecka ChTGZ rekomenduje współczynnik bezpieczeństwa k, - 1.8 dla tarcz nasadzanych na wał, k, = 2,2 dla wirników cułokutych. k, - 2.3 dla wirników spawanych. Stosując te wartości pomija się koncentracje naprężeń powodowaną przez rowki wpustowe lub otwory wyrównawcze w tarczach.

Współczynnik bezpieczeństwa dotyczący wytrzymałości czasowej przy pełzaniu RJm przyjmuje się w granicach k, = 1,5- 1,6. W przypadku turbin parowych zakłada się żywotność r * lOOtiOO godzin.

Uwagi:

1. Rozważając problem doboru współczynników bezpieczeństwa dla wirników trzeba pamiętać, że nic umiemy obliczać naprężeń w wirniku wysoką dokładnością. Główną niepewność wnoszą naprężenia termiczne w stanach nie ustalonych, przy których określaniu należy się liczyć z. błędem 10 — 20%.