Напряжения в барабанном роторе

Расчет напряжений в роторе барабанной конструкции (см. рис. 13) или в цилиндрических элементах цельнокованых роторов может быть выполнен на основе модели неравномерно нагретого цилиндра (рис. 14).

Рис.13 Ротор барабанного типа

Рис.14 Модель барабанного ротора

К нагруженной цилиндрической поверхности приложено равномерное радиальное напряжение от центробежных сил лопаток и замков. На внутренней поверхности обычно . Температурное поле цилиндра – одномерное: температура переменна по радиусу, но постоянна по оси. Закон изменения температуры принимается в виде (21).

В отличие от напряженного состояния тонкого диска здесь осевое напряжение .

Распределение напряжений и во многом аналогично напряжениям в тонком вращающемся диске постоянной толщины.

Результаты решения задачи о напряжениях в цилиндре при оговоренных условиях приведем без вывода. Они сводятся к следующему.

Динамические напряжения и во вращающемся полом цилиндре определяются формулами (19) с заменой постоянных: заменяется на

.

Отношение

заменяется на

.

Осевое динамическое напряжение определяется формулой

. (58)

где - растягивающая осевая сила.

Напряжения в роторах, вызываемые растягивающей силой, обычно пренебрежимо малы.

Температурные напряжения , также определяются формулами для диска постоянной толщины (24) с заменой на , то есть просто введением множителя .

Осевое температурное напряжение определяется формулой

. (59)

Из сравнения формул (25) и (59) можно установить, что в сплошном цилиндре на внешней поверхности (при ) осевые и окружные температурные напряжения совпадают: .

Максимальные динамические напряжения на внутренней поверхности барабанного ротора близки к максимальным динамическим напряжениям на расточке диска постоянной толщины при одинаковых лопаточных нагрузках и частотах вращения.

При , для максимальных динамических напряжений в цилиндре получаются следующие формулы:

(60)

Сравнивая окружные напряжения на внутренней поверхности цилиндра (60) и диска (20), можно видеть, что они отличаются несущественно при всех значениях . Интенсивности напряжений для сравниваемых случаев по величине также практически совпадают для цилиндра и диска постоянной толщины.

Температурные напряжения и в цилиндре при одинаковом температурном поле выше, чем в диске постоянной толщины в отношении , то есть примерно на 43 %, однако сравнение интенсивностей температурных напряжений на поверхности малого отверстия обнаруживает увеличение на 24 % в цилиндре по сравнению с диском постоянной толщины вследствие влияния осевого напряжения.