Сообщение от
And_BX
Приободренный положительной оценкой моего разбора причин разрушения шпилек, выкладываю расчет вертикальных сил на ротор и соответствующей высоты его вылета. Большая часть расчетов уже была приведена на форуме. Я их систематизирую и немного добавлю.
По существу дела.
Поскольку ротор улетел вместе с крышкой турбины, то и надо суммировать силы, действующие на ротор (собственно рабочее колесо) и на крышку.
С колесом все достаточно просто. Все аспекты РК подробно были обсуждены на 600 страницах форума. Суммирую вкратце:
Горизонтальные силы нас не интересуют. Сверху на РК давит давление воды между крышкой и РК, его не учитываем, т.к. с такой же силой оно давит и на крышку. Снизу действуют реактивная сила от отбрасываемой струи =(масса в секунду)*(скорость), что при расходе 325 м^3/сек и диаметре РК 6.25м дает 340 тонн, и гидростатическая сила = 0.6атм*(площадь сечения РК) = 180тонн. Обе силы направлены вверх. Полагаем, что обе эти силы действуют только до начала движения ротора вверх, т.к. в начале подъема уменьшается проток воды через колесо и возникает вакуум под колесом из-за движения его вверх, считаем давление под колесом -1атм, т.е. после начала подъема считаем, что к РК приложено 300 тонн вниз.
При полностью закрытых направляющих лопатках давление на крышку рабочего колеса от верхнего пояса статора (диаметр 8900мм) до оси поворота лопаток НА (7850мм), именно до оси, т.к. вода просачивается в зазор между лопаткой и крышкой. В улитке 20атм, умножаем на площадь кольца, получаем 3045 тонн силы. При массе ротора с крышками 1100 тонн (видел разные оценки, эта показалась наиболее обоснованной) вполне хватает, чтобы поднять.
С этим большинство соглашается. Дальше, открываем лопатки на макс. мощность.
Вода из улитки между колонн статора попадает в НА. Угол выхода определяется положением колонн статора (Фото 2), из фото градусов 30-40. Берем 30, что соответствует меньшему давлению на выходе. Радиальная проекция скорости воды определяется расходом воды (325м^3/сек) и площадью сечения окна (высота окна 1040мм диам. все те же 8900). Делим проекцию скорости на sin(угла выхода) получаем 22м/сек. Падение давления 2.5 атм, т.е давление воды на выходе из улитки 17.5 атм.
Далее поток воды попадает на лопатки НА, доворачивается и попадает на рабочее колесо. Радиальная проекция скорости воды на входе в РК определяется расходом воды на диаметре рабочего колеса (6500) и составляет 15 м/сек. Тангенциальная скорость равна касательной скорости РК при частоте 2.38 Гц, т.е. 48.6 м/сек. Векторная сумма скоростей = 51 м/сек. Соответственно, давление на входе в РК = 6.8атм. Таким образом, на диаметре крышки 8900 давление 17.5 атм, на 6500 - 6.8атм. В промежутке между диаметрами давление меняется, в основном при прохождении лопаток НА. Упростим, до лопаток 17.5, после 6.8.
Получаем силу давления на крышку 2670 тонн до лопаток и 1134 после, в сумме 3700тонн. Не учтено: потеря на трение при прохождении лопаток НА, потери на турбулентность, трение о крышку. Все потери вместе максимум 20%, будем считать это точностью вычислений.
Таким образом сила давления не меньше, а несколько больше, чем при полностью закрытом НА.
Подъем. После отрыва шпилек открывается зазор для прохода воды между крышкой и верхним поясом статора турбины, это кольцевая щель - канал несколько сантиметров шириной и около метра длиной. Утечкой в него пренебрегаем. Снизу открывается зазор между нижним уплотнителем и нижним ободом РК. Он тоже составляет лишь пару процентов от высоты выходного канала улики. Этими потерями тоже пренебрегаем.
При движении крышки с ротором вверх крышка движется в верхнем поясе статора, как цилиндр в цилиндре с небольшим зазором, нижний обод РК также поднимается как цилиндр в кольце нижнего уплотнителя. Относительная герметичность верхней и нижней щелей сохраняется до того момента, пока нижний край нижнего обода колеса не приподнимется над нижним уплотнителем. После этого вода пойдет вниз в отводящий колодец, и давление на крышку спадет. Таким образом, выталкивающее давление на крышку действует, пока она не поднимется на один метр, до положения, показанного на Рис.3, далее ротор летит по энерции.
Считаем выталкивающую силу 3700 тс минус вес ротора 1100тс минус вакуум под колесом 338 тс действует на участке подъема 1 метр на массу 1100т, далее – отрицательное ускорение свободного падения.
Получаем при лопатках НА на максимальной мощности:
Высота вылета 4.7м,
время вылета до макс. 0.95 сек.
ускорение на первом метре 18.1м/сек^2,
т.е. на опорный подшипник действовало 3 веса ротора.
Нижний обод РК при подъеме перекрывает поток воды из НА в РК, что должно вызывать повышение давления на крышку. Это не учитываем, в порядке компенсации на уечки через щели.
Без перекосов (незавернутая шпилька не тронута), без солитонов, оплзней и др. ротор вылетает так, как видели очевидцы.
При закрывании лопаток НА на последних происходит потеря давления при прохождении воды между ними. Растет давление до лопаток и уменьшается за. Думаю, что при частичном открытии лопаток давление на крышку меняется между крайними рассмотренными случаями.
После вылета ротора поток воды из улики должен был сформировать столбы воды симметрично вверх и вниз. Этот столб должен был возникнуть с некоторой задержкой, т.к. нижний обод РК перекрывал выход из улитки, движение воды в водоводе притормозилось, а затем увеличилось до величины больше штатной. Видимо, ротор стоял на этом столбе.
Готов обсудить.
Фотки не мои, благодарю авторов.
