Узел компрессора ТРДД для пассажирского самолета
Общие сведения о двигателе пассажирского самолета и описание конструкции его узлов. Расчет на прочность пера лопатки и диска рабочего колеса первой ступени компрессора высокого давления. Нагрузки, действующие на детали и запасы устойчивости конструкции.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.02.2012 |
| Размер файла | 1,8 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
где аk=1,5…2,8 - коэффициент концентрации.
Поскольку для титана допустимые напряжения изгиба равны 150-330 МПа, то полученное значение напряжения изгиба удовлетворяет нормам прочности.
Выводы: в результате расчета замка лопатки были получены напряжение растяжения, смятия и изгибающие напряжения. Окончательная оценка прочности определяется запасом прочности для каждого вида напряжений отдельно.
Получены коэффициенты запаса прочности:
=3,45;
=2,31;
=2,03;
Максимальные напряжения замок испытывает от действия изгибающего момента. Полученные в результате расчета запасы прочности гарантируют надежное закрепление лопаток в диске с помощью трапециевидного замка.
5. Pacчeт динaмичecкoй чacтoты 4 фoрм изгибныx кoлeбaний лoпaтки кoмпрeccoрa (турбины) мeтoдoм peлeя-Мeйepoвич
При работе авиационного газотурбинного двигателя на рабочие лопатки компрессора действуют периодически изменяющиеся газовые силы, что связанно с неравномерностью газовоздушного потока по окружности в проточной части двигателя. Эти силы вызывают вынужденные колебания лопаток. При совпадении частот собственных колебаний лопатки с частотами вынужденных колебаний наступают резонансные колебания, при которых амплитуда колебаний резко возрастает, что может привести к разрушению лопатки. Опасных резонансных колебаний можно избежать путем изменения частоты собственных колебаний лопаток или частоты и величины возбуждающей силы.
Колебания лопаток могут быть изгибными, крутильными, сложными (изгибно-крутильными) и высокочастотными пластиночными.
Особенно легко возбуждаются колебания по основной (первой) изгибной форме. Нередко возникают колебания по второй или третьей изгибной, первой или второй крутильной формам.
5.1 Цель расчета
Полный расчет лопаток на колебания включает в себя:
ь определение нескольких частот (обычно низших) собственных изгибных колебаний;
ь определение частоты сил, вызывающих вынужденные колебания лопаток;
ь определение резонансных режимов работы двигателя;
ь оценка сил демпфирования колебаний;
ь оценка вибронапряжений лопатки при ее колебании.
Целью данного расчета является определение частоты собственных изгибных колебаний рабочей лопатки первой ступени компрессора по первой форме, построение частотной диаграммы и нахождение резонансных режимов работы двигателя.
5.2 Методика расчета
Для определения частоты собственных изгибных колебаний лопаток по первой форме воспользуемся энергетическим методом Релея, который основан на законе сохранения энергии свободно колеблющейся упругой системы. Согласно этому закону для свободных колебаний упругой системы без учета сил сопротивления сумма кинетической и потенциальной энергий сохраняется все время неизменной. Сущность метода состоит в том, что вычисляются максимальные значения потенциальной энергии лопатки в ее крайнем положении, а кинетической энергии - в среднем.
Вращение лопатки совместно с диском, на котором она закреплена, оказывает влияние на ее колебания, так как центробежная сила стремится вернуть колеблющуюся лопатку в положение равновесия. Действие центробежной силы лопатки приводит к тому же результату, что и увеличение жесткости, поэтому частота собственных колебаний вращающейся лопатки (динамическая частота) повышается с увеличением частоты вращения ротора.
Динамическую частоту собственных изгибных колебаний вращающейся лопатки определяем по формуле:
,
где - собственная частота лопатки; - частота вращения ротора, об/c;
- коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии лопатки и формы упругой линии.
Определив коэффициент и задавшись несколькими значениями частот в диапазоне рабочих частот вращения двигателя, находим соответствующие величины динамических частот собственных колебаний лопатки и строим зависимость.
5.3 Построение частотной диаграммы. Определение резонансных режимов работы двигателя
Для построения частотной диаграммы необходимо нанести на график диапазон рабочих частот вращения двигателя от оборотов малого газа до максимальных оборотов. За частоту вращения ротора на режиме малого газа принимаем для ГТД
Для определения резонансных режимов работы двигателя с учетом принятого масштаба нанести на график пучок прямых линий, выходящих из начала координат, которые представляют собой частоты колебания гармоник возбуждающих сил, описываемых уравнением:
где К - порядок гармоник возбуждающих сил; на графике он равен тангенсу угла наклона прямой.
Точки пересечения лучей с кривой изменения дадут резонансные частоты вращения двигателя. Наличие резонансных режимов в рабочей зоне исключено.
Расчет проводим по методике [3]. Вычисления делаем по программе кафедры 203 Kollopatki. exe. Результаты расчета приведены в таблице 5.1
Таблица 5.1 - Результаты расчета лопатки первой ступени КВД на колебания
PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA:
По результатам расчёта строим частотную диаграмму - рисунок 5.1
Принимаем:
Для проектируемого двигателя К1=8 - количество стоек; К2=43 - число лопаток направляющего аппарата, К3=75 - число лопаток входного направляющего аппарата.
Рисунок 5.1 - Частотная диаграмма лопатки первой ступени КВД
Выводы: при проведении данного расчета, были получены значения динамических частот первых 4-х форм изгибных колебаний лопатки компрессора, возможных при вращении ротора компрессора на различных оборотах рабочего режима. Из частотной диаграммы видно что область резонансных колебаний находится вне области рабочего режима, а на более низких оборотах, на которых двигатель находится непродолжительный период времени, что не может привести к разрушению лопатки.
6. Расчет на прочность деталей камеры сгорания
Способ расчёта на прочность зависит от конструкции камеры сгорания. Напряжения, вызывающие поломку, во многих случаях происходит от частых изменений режима работы двигателя, при которых происходит резкий перепад температур. Анализ поломок показывает, что часть из них происходит из-за температурных напряжений в материале. Камера сгорания рассчитывается на прочность и устойчивость на максимальном режиме работы двигателя при полёте у земли в зимних условиях. В нашем случае давления внутри и снаружи внутреннего корпуса равны, а значит, потеря устойчивости для него не наступит. Таким образом расчет проводим только для наружного корпуса камеры сгорания. Под влиянием внутреннего давления воздуха стенки наружного корпуса испытывают напряжения растяжения. Расчёт производится в предположении, что разрыв происходит по образующей. В целях упрощения расчёта допускается представлять наружный корпус в виде цилиндрической оболочки, с диаметром, равным среднему диаметру реального корпуса.
6.1 Допущения, принимаемые при расчете камеры сгорания на прочность
1) камеру сгорания рассматриваем как оболочку, нагруженную внутренним нормальным давлением равным давлению воздуха за компрессором, полученным при газодинамическом расчете;
2) на оболочку так же действует внешнее нормальное давление, равное давлению во втором контуре ;
3) напряженное состояние таких оболочек, за исключением участков, расположенных вблизи фланцев лил мест действия сосредоточенных сил, достаточно точно определится на основании безмоментной теории, которая предполагает отсутствие внутренних изгибающих и крутящих моментов, а, следовательно, и перерезывающих сил;
6.2 Исходные данные:
Материал - сталь 12Х18Н9Г;
Модуль упругости Е=1,9·1011 Па;
Коэффициент Пуассона м=0,3;
Давление в КС Па;
Толщина оболочки д=3 мм;
Радиус оболочки R=0,330 м;
Рисунок 6.1 - Схема оболочки, нагруженной внутренним и внешним нормальным давлением.
Принимая толщину оболочки д, напряжение, действующее в окружном направлении можно определить как:
;
где R - радиус оболочки.
Запас прочности в оболочках можно определить как
К = уВ / у;
где уВ - предел прочности материала с учетом температурного нагрева и длительности работы, (500 МПа для данной сталей).
К = 500/216,15 =2,31
Кожухи камеры имеют сварные швы, прочность которых всегда ниже прочности основного материала. Поэтому при сварке КС швы располагают под таким углом к образующей, при котором обеспечивается равнопрочность всей оболочки.
6.3 Расчет кожуха КС на устойчивость:
Перепада давления нет на внутреннем кожухе камеры сгорания, поэтому рассчитывать не будем.
Выводы: из результатов расчёта видно, что наружная оболочка камеры сгорания имеет малую вероятность разрушения от возникающих напряжений растяжения. Коэффициент запаса прочности составляет К=2,31. Завышенный коэффициент запаса связан с небольшим объемом материала узла (добавление материала не приведет к значительному увеличению массы) и повышенными требованиями к его надежности.
Заключение
В данной работе был проведен прочностной расчет наиболее нагруженных элементов ротора компрессора - рабочих лопаток, дисков рабочих колес и замковых частей. Расчет был выполнен для элементов первой ступени компрессора высокого давления.
Расчет рабочей лопатки на статическую прочность показал, что ни в одном исследуемом сечении суммарное нагружение не превышает максимально допустимое напряжение для выбранного материала при заданных условиях работы. Расчетное распределение нагрузки по сечениям соответствует теоретическому.
На основании прочностного расчета был выполнен расчет динамики первых 4-х форм колебаний рабочих лопаток. Построенная на основании расчетов частотная диаграмма показала, что резонансные режимы работы лопаток первой ступени находятся за пределами рабочего диапазона частот вращений ротора высокого давления. Таким образом, возникновение резонансных колебаний при работе ротора в его рабочем диапазоне невозможно.
При расчете на прочность диска рабочего колеса были получены графические зависимости, соответствующие теоретическому распределению радиального и окружного напряжения. Наличие скачка (резкого увеличения толщины) на ободе диска отметилось характерными скачками на эпюрах напряжений.
Замковая часть рабочего колеса рассчитывалась с учетом основных нагрузок, действующих на нее в процессе работы. Основной вид нагружения - центробежные силы - создает напряжения растяжения, смятия и изгиба. Напряжение изгиба, действующее на лопаточный замок, согласно расчетам, является максимальным.
Прочностные расчеты конструктивных элементов первой ступени КВД продемонстрировали, что эти элементы имеют запас прочности, соответствующих общепринятым нормам.
Помимо этого, в работе был выполнен расчет элементов внешнего контура камеры сгорания проектируемого двигателя. Основным напряжением, действующим на наружный корпус, является напряжение растяжения от перепада давлений внутри второго контура камеры сгорания и вне ее (то есть во внешнем контуре ТРДД). Как показали расчеты, эта нагрузка находится в допустимых пределах.
Внутренний кожух камеры сгорания имеет достаточный запас устойчивости на наиболее протяженном участке. Следовательно, достаточными запасами устойчивости должны обладать и менее протяженные участки тракта камеры сгорания. Необходимости в укреплении их оболочек дополнительными ребрами нет с точки зрения устойчивости конструкции.
Перечень ссылок
1. Шошин Ю.С., Епифанов С.В., Шарков С.Ю. Расчёт на прочность рабочей лопатки компрессора или турбины / Харьков: ХАИ, 1993.33 с.
2. Шошин Ю.С., Епифанов С.В., Муравченко Ф.М. Расчёт на прочность дисков компрессоров и турбин / Харьков: ХАИ, 1998.28 с.
3. Шошин Ю.С., Епифанов С.В., Шарков С.Ю. Расчёт динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки компрессора или турбины и построение частотной диаграммы // Харьков: ХАИ, 1992.23 с.
4. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей/ Под ред. Д.В. Хронина. М.: Машиностроение, 1989.368 с.
5. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели, конструкция и расчёт деталей. М.: Машиностроение, 1981.552 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет на прочность пера лопатки рабочего колеса первой ступени компрессора высокого давления. Прочностной расчет лопаточного замка: замковой части лопатки и диска рабочего колеса. Расчет динамики первой формы колебаний пера рабочей лопатки колеса.
курсовая работа [958,5 K], добавлен 27.02.2012Основные сведения о двигателе, описание конструкции компрессора высокого давления. Расчет на прочность рабочей лопатки первой ступени и диска рабочего колеса. Динамическая частота первой формы изгибных колебаний. Прочность деталей камеры сгорания.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 19.02.2012Основные сведения о двигателе и описание конструкции компрессора высокого давления, расчет на прочность его рабочей лопатки первой ступени, замка лопатки первой ступени, динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки рабочего колеса.
курсовая работа [536,9 K], добавлен 19.02.2012Расчет на прочность рабочей лопатки первой ступени компрессора, диска рабочего колеса компрессора, динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки рабочего колеса компрессора, деталей камеры сгорания. Опасные сечения и запасы прочности.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 22.02.2012Расчет на прочность и устойчивость пера лопатки и диска рабочего колеса, лопаточного замка и корпуса камеры сгорания. Определение динамики первой формы колебаний пера лопатки. Описание конструкции узла компрессора низкого давления авиационного двигателя.
курсовая работа [828,1 K], добавлен 21.01.2012Основные сведения о двигателе ТРДДФсм РД–33, его термогазодинамический расчет. Расчет на прочность лопатки первой ступени КВД и диска компрессора. Разработка последовательности формообразующих операций технологического процесса изготовления вала-шестерни.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 30.06.2012Описание конструкции двигателя. Термогазодинамический расчет турбореактивного двухконтурного двигателя. Расчет на прочность и устойчивость диска компрессора, корпусов камеры сгорания и замка лопатки первой ступени компрессора высокого давления.
курсовая работа [352,4 K], добавлен 08.03.2011Описание конструкции компрессора газотурбинного двигателя. Расчет вероятности безотказной работы лопатки и диска рабочего колеса входной ступени дозвукового осевого компрессора. Расчет надежности лопатки компрессора при повторно-статических нагружениях.
курсовая работа [868,6 K], добавлен 18.03.2012Расчет на прочность узла компрессора газотурбинного двигателя: описание конструкции; определение статической прочности рабочей лопатки компрессора низкого давления. Динамическая частота первой формы изгибных колебаний, построение частотной диаграммы.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 04.02.2012Расчет на длительную статическую прочность элементов авиационного турбореактивного двигателя р-95Ш. Расчет рабочей лопатки и диска первой ступени компрессора низкого давления на прочность. Обоснование конструкции на основании патентного исследования.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 07.08.2013
