ЕВОЙ
OTP
ТУРБИНЫ ПАРОВЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ
НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ХВОСТОВЫХ
СОЕДИНЕНИЙ РАБОЧИХ ЛОПАТОК
ОСТ 108.021.07—84
Издание официальноеУТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ указанием Министерства энергетического машиностроения от 25.12.84 № АЗ-002/9672
ИСПОЛНИТЕЛИ: Ч. Г. МУСТАФИН, канд. техн, наук (руководитель темы);
д. ю. соколов
(Є Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТИ), 19-86.
У
Группа Е02
ДК 621.165:539.4-2ОТРАСЛЕВОЙ СТАНДАРТ
Т
ОСТ 108.021.07-84
Взамен ОСТ 24.021.07
УРБИНЫ ПАРОВЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕНОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
ХВОСТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ РАБОЧИХ ЛОПАТОК
М
Указанием установлен
инистерства энергетического машиностроения от 25.12.84 № АЗ-002/9672 срок введенияс 01.01,86
Настоящий отраслевой стандарт распространяется на хвостовые соединения рабочих лопаток вновь проектируемых стационарных энергетических паровых турбин.
Стандарт устанавливает методы расчета на статическую прочность и запасы прочности Т-образ- ных, одно- и многоопорных грибовидных и вильчатых хвостовых соединений рабочих лопаток, выполненных согласно ОСТ 108.260.06—79, ОСТ 108.261.01—79 —ОСТ 108.261.07—79.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Расчет на прочность хвостовых соединений рабочих лопаток при работе турбин в базовом режиме разделяется на основной и поверочный (рекомендуемое приложение).
Основной расчет производится на всех стадиях проектирования по номинальным напряжениям в опасных сечениях хвоста лопаток и ободов дисков.
Поверочный расчет рекомендуется выполнять на стадиях технического >и рабочего проектирования для уточнения коэффициентов запаса длительной прочности, полученных в основном расчете. Он включает уточненный анализ упругого напряженного состояния и расчеты ша ползучесть и длительную прочность с учетом концентрации напряжений.
Расчет на статическую прочность дисков и роторов паровых турбин производится в соответствии с ОСТ 108.020.109—82.
Расчет на малоцикловую усталость хвостовых соединений рабочих лопаток паровых турбин производится в соответствии с РТМ 108.021.103—76.
Расчет на прочность елочных хвостовых соединений рабочих лопаток паровых турбин производится в соответствии с РТМ 108.022.102—77.
Коэффициенты запаса прочности определяются по наименьшему значению предела текучести (приведенному в действующих технических условиях), когда отсутствует ползучесть металла, и по наименьшему значению предела длительной прочности, когда проявляется ползучесть.
В поверочном расчете для высокотемпературных ступеней, когда проявляется ползучесть металла, приняты коэффициенты запаса длительной прочности по эквивалентному напряжению и по несущей способности; значения эквивалентного напряжения и несущей способности могут быть определены как расчетным, так и экспериментальным путем. Величины коэффициентов запаса длительной прочности установлены на основе:
обобщения опыта эксплуатации высокотемпературных хвостовых соединений рабочих лопаток паровых турбин, наработавших 200 тыс. ч;
экспериментального определения остаточного ресурса после 150 тыс. ч работы;
непосредственных длительных испытаний моделей ободов дисков на базе 90 тыс. ч.
При расчетном определении коэффициентов запаса длительной прочности по эквивалентному напряжению и по несущей способности необходимо, чтобы значения длительной прочности и изохронные кривые ползучести металла были получены при- испытаниях образцов, изготовленных из заготовок одной плавки при одновременной термообработке или из заготовок с одинаковым уровнем исходных механических свойств металла (близкие значения о0.2, Ов, 5, ф, КС).
П
Издание официальное
ерепечатка воспрещенаУсловные обозначения:С — равнодействующая центробежных сил (ЦБС) частей конструкции, вызывающая растяжение в расчетном сечении детали, Н;
С( — равнодействующая ЦБС частей конструкции, вызывающая изгиб в расчетном сечении детали, Н;
Р—нагрузка, действующая на одну опору многоопорного грибовидного соединения, Н;
R — реакция в сопряжении заплечников, Н;
1П— момент сопротивления расчетного сечения, мм3;
t — размер одного шага хвостового соединения, мм;
с02 — условный предел текучести материала, МПа;
ст(п—предел длительной прочности материала, полученный при испытании гладких цилиндрических образцов, МПа;
=„ р — номинальное рабочее напряжение растяжения в расчетном сечении детали, МПа;
<?нп — номинальное наибольшее рабочее напряжение изгиба в расчетном сечении детали, МПа;
=сум — номинальное суммарное напряжение в расчетном сечении детали, МПа;
Ссм — номинальное напряжение смятия на контактных поверхностях, МПа;
аэ — эквивалентное напряжение, МПа;
п — коэффициент запаса прочности.
ОСНОВНОЙ РАСЧЕТ
Т-образное хвостовое соединение (черт. 1)
Суммарные напряжения растяжения и изгиба в сечении I—I хвоста лопатки
Схема Т-образного хвостового соединения
®сум — $н.р —$H.H , (1 ')
где Он.р — номинальное напряжение растяжения от действия ЦБС части лопатки выше сечения I—I; °н.,| = °н.и + °н и — номинальные напряжения изгиба от действия ЦБС профильной части лопатки (о^ „) и от паровых усилий (ой „)•
Суммарные напряжения растяжения и изгиба щеки в сечении 1—I обода диска
0сум — $Н.р—Н $Н.И« (2 ■ )
* Формулы используются и при определении напряжений в сечениях хвостовых соединений с верховой посадкой (одноопорных грибовидных).Здесь Он.р — номинальное напряжение растяжения от действия ЦБС лопатки с хвостом и части обода выше сечения I—I с коэффициентом 2/3;
Мг— Мп С, R
' гдеWc = -у- 4 ’■ = R + °’5Лз)-
Реакция заплечиков при наличии зазоров 6 в сопряжении вычисляется по формуле
_
(3)
6 К^С_К Ку 2
Если зазор 6 не более 0,03 мм, то расчет проводить при 6 = 0.
Полный зазор
8 §ТЄХН I -темп
где 6техн — технологический зазор (6техн от Одо 0,035 мм); 6темп— температурный зазор; бтемп = = (ал— ад) (Т— 20)а/2. Здесь ал, ад— коэффициенты линейного расширения материалов лопатки и диска (у применяемых в настоящее время материалов ал<ад); Т — рабочая температура, °С.
В существующих хвостовых соединениях при температурах 510—520°С и зазоре 6техн = 0,035 мм полный зазор 6<0,02 мм.
Критический зазор 6Кр (полное раскрытие заплечиков под действие»м ЦБС) рассчитывается по формуле (3) при R = 0. Для хвостового соединения с отношением 77/6^2,5
Ki—jyUh+Ml - Л) + ч4-13] + 0,5 [Х? + >1(1 - Л3)]}; (4)
/<2=-^^(1-П (5)
В приведенных формулах безразмерные величины:
)_2Л,4-Лз. у _ 2H + h3' у h3. у _ йз . V _/4=0,5/13. г В. _ 0,6
1’ 2—Ь ’ 3—ft’ ’ ~ Z/-4- 0,5й3» °— Ь ' G/E-
Для хвостового соединения с отношением /7/6 >2,5
-А3) + >4]; (6)
^=-^(1-Р). (7)
Экспериментально измеренные реакции заплечиков в плоских моделях Т-образных хвостовых соединений составляют:
7? = 7?/С = О,165 при 26/</ = 3,0 (77/6 = 1,47; В/Ь= 1,33; hylb = 0,8)-,
R = R/C = 0,135 при 26/d= 1,0(77/6=4,40; В/6 = 2,00; /і,/6 = 2,4).
Напряжения смятия на опорных поверхностях определяются по формуле
а = а' 4-а’ (8)
где <т'м— номинальные напряжения смятия от действия ЦБС; <т'м—номинальные напряжения смятия, вызываемые изгибающим моментом от парового усилия,
Многоопорные грибовидные хвостовые соединения (черт. 2, 3)
Номинальные напряжения растяжения в сечениях грибка II—II обода диска где С — ЦБС рабочей лопатки с хвостом и части грибка с коэффициентом 0,7^а^0,8.
С
(10)
уммарные напряжения растяжения и изгиба в сечениях III—III или IV—IV щек хвоста лопаткиасум — ан.р 4- ан н.
где (тн.р — номинальное напряжение растяжения от действия ЦБС части лопатки выше сечения III—III или IV—IV; <Тн.и=сг“эг——номинальные напряжения изгиба от действия ЦБС профильной части лопатки и от паровых усилий.
При принятом равномерном распределении ЦБС по опорам двухопорного хвостового соединения (Р = С/4) составляющие номинального наибольшего напряжения изгиба вычисляются по формулам:
в сечении III—III
а
(П)
изг _ В (а2+ а3) . RK, .в сечении II—IIН
изг = ■
с W ’
Rhx
W *
(12)
в сечении IV—IV
-ИЗГ Р (*Ч ~Г ^5 ~Т~ *^Г,) .
С - Ц7
|ИЗГ . R^i .
У? U7 ’
(13)
в сечении III—III
асзг
Р (а2 + «з) .
W
(14)
Черт. 2
Схема двухопорного грибовидного хвостового соединения
в
Схема трехопорного грибовидного хвостового соединения
изг —
R W
сечении II—IIР
(15)
ал аизг — _Щ_ . С Ц7 >Реакция заплечиков в хвостовом соединении вычисляется по формулам: в двухопорном
Я = 4 4 [(*! - А|) а, + Щ - Л2) (а2 + а3)]; (16)
До
в трехопорном Ч Р
R = 4 4 [(^ - Щ <h + (Л2 - А2) (а2+ а3) + (% - А2) (а4 +а, + а6)]. (17)
Экспериментально измеренные реакции заплечиков в плоских моделях грибовидных хвостовых соединений составляют:
/? = 7?/С = 0,12 — в двухопорных с профилями № 1701, 1702, 1703, 1704 при Л/с? = 2,58;
7? =/?/С = 0,06 — в трехопорных с профилями № 1801, 1802 при A)d= 1,96.
Напряжения смятия на опорных поверхностях
о
(18)
= а 4-асм см 1 см
где <тсм— номинальные напряжения смятия от действия ЦБС; а”м — номинальные напряжения смятия, вызываемые изгибающим моментом от парового усилия.
Вильчатые хвостовые соединения (черт. 4)
Геометрические соотношения размеров вилки хвоста с центральным расположением отверстия, наиболее близкие к оптимальным, находятся в пределах: А//ц = 0,45-4-0,55; 0,40-4-0,45
.Схема вильчатых хвостовых соединений
Суммарные напряжения растяжения и изгиба в сечении I—I хвоста лопатки
°сум — °н.р ”1“ ан.и, (19)
где Он.р — номинальное напряжение растяжения от действия ЦБС части лопатки выше сечения I—I; ан.и=а„и — стни —номинальные напряжения изгиба от действия ЦБС профильной части лопатки (%н) и от паровых усилий (о'и).
Н
(20)
(21)
(22)
оминальные напряжения растяжения в сечениях II—II обода дискаЗн.р = СF,
где С — ЦБС рабочей лопатки и части обода с коэффициентом 2/3.
Напряжение среза заклепок
4С
т = тл,
птъа.2
где п — число рядов заклепок; т — число плоскостей среза заклепок.
Напряжение смятия вилок хвоста и обода
_ С
Зсм«Лем ’
где п — число рядов заклепок; FCM— суммарная площадь смятия вилок хвоста или обода.
Замковые лопатки
Замковые лопатки (черт. 5) практически не отличаются от рабочих лопаток с вильчатыми хвостами, и расчет на прочность их хвостов должен выполняться по формулам п. 2.3.
Замковые лопатки или замковые вставки (см. черт. 5) при плотной пригонке торцевых плоскостей хвостов одной к другой передают свои ЦБС (Сз.л) на околозамковые рабочие лопатки и на околозамковую часть обода. Расчет прочности околозамковых лопаток и околозамковых частей обола следует производить с учетом нагрузки от ЦБС, равной 1,5 ЦБС околозамковой лопатки.
ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ
Коэффициенты запаса прочности при отсутствии ползучести металла
Для Т-образных хвостовых соединений:
хвост лопатки: « = Оо,2/стсум^ 1,70;
обод диска: /Т = Оо,2/осум^ 1,65.
Для грибовидных хвостовых соединений:
хвост лопатки: п = ст0,2/осум^2,00;
обод диска: ;г = ст0.2/0,i.p^2,00.
Для вильчатых хвостовых соединений:
хвост лопатки: ?г = Ор.г/осум 1,60;
обод диска: « = Оо,2/0,,.р^ 1,80;
срез заклепок: « = оо,2/т^2,50.
Для опорных поверхностей п = ао,2/®см^ 1,10.
Коэффициенты запаса длительной прочности
Для Т-образных хвостовых соединений:
хвост лопатки: п = од.п/осум^ 1,70;
обод диска: <Д = од.п/осум^ 1,65.
Для грибовидных хвостовых соединений:
хвост лопатки: п = од.п/осум^ 1,70;