Расчет турбины турбореактивного двухконтурного двигателя на базе АЛ–31Ф

Термогазодинамический расчет двигателя, выбор и обоснование параметров. Согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет турбины и профилирование лопаток РК первой ступени турбины на ЭВМ. Расчет замка лопатки турбины на прочность.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 12.03.2012
Размер файла 1,7 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.

щ - угловая скорость вращения;

Vп - объем бандажной полки;

Rп -расстояние от центра тяжести полки до оси вращения рабочего колеса;

Xп - расстояние от центра тяжести полки до корневого сечения;

l - длина лопатки;

Rк - расстояние от центра тяжести корневого сечения пера лопатки до оси вращения рабочего колеса;

Х - текущее значение координаты;

у0 - функция прогиба лопатки при колебаниях, у0=схq;

с - может быть назначен любым;

q - показатель степени, выбираемый из условия получения минимального значения частоты первой формы колебания лопатки.

Тогда частота собственных колебаний будет рассчитывается по формуле:

.

Динамическая частота собственных колебаний с учетом температуры определяется по формуле:

,

где n - частота вращения ротора, об/с;

Е0, ЕТ - модули упругости материала лопатки при нормальной и рабочей температуре;

В - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии лопатки.

2.4.1Формирование исходныхданных

Исходные данные:

- материал лопатки ЖС6-К;

- плотность материала;

- объем бандажной полки Vп=0 кг/м3;

- расстояние от ц.т. бандажной полки до оси вращения м;

- расстояние от ц.т. бандажной полки до корневого сечения lб=0,058м;

- радиус корневого сечения;

- длина лопатки;

- площади сечения пера лопатки, ,

;

- минимальные моменты инерции сечения пера,

,;

- максимальное число оборотов в секундуоб/с.

Определение температуры лопатки и модуля упругости:

Температуру охлаждаемой лопатки принимаем tл max=9340C. Температуру на разных режимах определим по формуле:

tл= tл max? ;

- определим из рисунка 2.11.

Рисунок 2.11 - Зависимость температуры от оборотов двигателя

2.4.2 Расчет динамической частоты

Расчет проводим на ЭВМ с помощью программы Dinlop.exe.

Результаты расчета приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Расчет динамической частоты 1 формы изгибных колебаний

2.4.3 Построение частотной диаграммы

По данным таблицы 2.6 строим зависимость fд = f(nс).

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 ТРДД

.

Для определения резонансных режимов работы двигателя с учетом принятого масштаба наносим на этот же график частоты возбуждающих сил, кратные частоте вращения ротора:

.

где k - порядок гармоник возбуждающих сил;

nc - частота вращения ротора.

Для турбинных лопаток наиболее сильными возбудителями вынужденных колебаний являются камера сгорания (k1 = 24 - число форсунок) и лопатки соплового аппарата (k2 = 41 - число лопаток).

С помощью прямых n_мг=129,86 и n_max=236,1 показываем границы рабочих режимов двигателя по секундной частоте вращения.

Ищем координаты точек пересечения прямых с кривой динамической частоты колебаний лопатки, и определяем резонансные частоты.

Для удобства построения диаграммы составим таблицу 2.7:

Таблица 2.7 - Исходные данные для построения частотной диаграммы

nc

fв1(СА1)

nmax

0

2100,359

k1

41

236,1

0

21,5

2101,411

nc

fв1

236,1

2110

42,9

2104,564

0

0

nмг

64,4

2109,808

52,44

2110

129,86

0

85,9

2015,722

1800

129,86

107,3

1930,786

fв2(форсунки)

128,8

1943,335

k2

24

150,3

1935,4

nc

fв2

171,8

1935,429

0

0

193,2

1909,068

75,357

2110

214,7

1819,776

Рис 8.1-Частотная диаграмма колебаний лопатки

Выводы: В результате расчета были получены динамические

частоты колебаний рабочей лопатки турбины и построена частотная диаграмма, из которой видно, что пучок прямых линий, выходящий из начала координат, которые представляют собой частоты колебания гармоник возбуждающих сил не пересекают в рабочем диапазоне двигателя от nмгдо nmах динамические частоты полученные в результаты расчета, что не является опасным для работы двигателя в этом диапазоне

3. Расчет замка лопатки турбины на прочность

Расчет на прочность замка состоит из расчета замковой части лопатки (хвостовика) и замковой части обода диска (гребня).

Если конструкция имеет детали крепления (штифты, пальцы), следует выполнить расчет и этих деталей.

Методика упрощенных расчетов дает возможность провести сравнительный анализ прочности замков. За расчетный случай обычно принимают режим максимального числа оборотов ротора двигателя при максимальном расходе воздуха (у земли).

Трудности расчета замков связаны со сложной их конфигурацией, вызывающей неравномерность распределения напряжений, и со сложным характером нагружения замка статическими и динамическими силами и моментами сил.

Сложность форм хвостовиков лопаток и замковой части обода вызывает концентрацию напряжений в элементах замкового соединения. Фактические напряжения, как правило, в полтора два раза превышают напряжения полученные расчетным путем. Указанное обстоятельство учитывается при определении запасов прочности применением соответственно заниженных допускаемых напряжений.

Допускаемые напряжения для каждого типа замка устанавливаются на основании результатов статистики по указанным напряжениям в ранее изготовленных и успешно отработавших свой ресурс ГТД.

При упрощенных расчетах замков обычно принимают во внимание лишь нагружение элементов центробежными силами масс пера и хвостовика лопатки, Действием на лопатку газового потока, инерционными силами пера, трением хвостовика лопатки в пазе - пренебрегают.

Таким образом, методика упрощенных расчетов замковых соединений имеет следующие допущения:

· на замок действует только центробежная сила лопатки;

· центробежная сила пере лопатки Pц.п. и центробежная сила хвостовика лопатки Pц.х. направлены по одному радиусу, проходящему через центр тяжести хвостовика лопатки;

· центробежная сила лопатки распределяется между опорными площадками замкового соединения пропорционально величинам контактирующих поверхностей.

3.1 Формирование исходных данных

Для расчета необходимы следующие данные:

­ материал: ЖС6-К;

­ плотность материала: 8250 (кг/м3);

­ число оборотов турбины: 12882.9 (об/мин);

­ угол наклона контактной площадки: б = 300;

­ угол клина замка: 2ц = 300;

­ напряжение растяжения в лопатке у корня:358,331(МПа);

­ площадь корневого сечения лопатки: 0,189·10-32).

У правильно спроектированного замка напряжения смятия, изгиба и среза на всех зубьях должны быть одинаковыми.

Учитывая, что целью проверочного расчета является проверка правильности создания замка лопатки, расчет следует выполнять для всех зубьев.

Напряжения растяжения в различных сечениях хвостовика лопатки и гребня диска отличаются по своим значениям.

Рисунок 2.13 - Хвостовик лопатки

Рисунок 2.14 - Гребень диска

Рисунок 2.15 - Зуб хвостовика лопатки

Таблица 2.8- Геометрия замка лопатки

№ сеч.

Размеры хвостовика лопатки, мм

Размеры гребня диска, мм

l

b

c

e

a

d

I

7,72

28,2

3,87

323,3

3

3,55

1,4

4,58

28,2

329,1

II

6,93

28,2

3,87

318,3

3

3,55

1,4

7,64

28,2

322,5

III

5,09

28,2

3,3

313,5

3

3,55

1,4

11,08

28,2

316,9

3.2 Порядок выполнениярасчета

1. Определяем центробежную силу пера лопатки:

Pцб.п.рк·Fк=358.331·106·0,189·10-3=67724,4 Н=68кН;

2. Определяем центробежную силу хвостовика лопатки:

Pцб.х.=mx·Rц.т.х.·щ2=0,03135·0,3291·1348,412=18758,98 Н=18,75кН;

mx=Vх·с=3.8·10-6·8250=0,03135кг - масса хвостовика лопатки;

объем хвостовика найдем как половину объема треугольной призмы:

V= bx·0,5·l0·h0= 0,0282·0,5·0,0212·0,03115=9,31·10-6м3;

Rц.т.х = 323,3(мм) - радиус центра тяжести хвостовика.

щ - угловая скорость вращения диска.

3. Определяем полную центробежную силу лопатки, учитывая, что в один замковый паз диска устанавливается две лопатки:

Рцб.л. = 2·Рцб.пцб.х.= 136+17,75=153,75 кН;

4. Определяем нагрузку на один зуб. Так как ширина полос контакта у всех зубьев одинакова, то нагрузка Рi для ''i'' зуба определяется из выражения:

:

5. Определяем напряжения смятия на контактных площадках каждого зуба:

:

.

6. Определяем напряжения изгиба зубьев:

,

где ,

.

7. Определяем напряжения среза зубьев:

,

где h(1)- высота зуба у конца контактной поверхности

.

8. Определим центробежные силы элементов хвостовика:

;

9. Определяем напряжения растяжения в перемычке хвостовика лопатки:

,

,

10. Определим центробежные силы элементов гребня:

11. Определение напряжения растяжения в сечениях гребня диска турбины:

В качестве предельно допустимых напряжений для материала лопатки принимаем:

Определим запасы прочности в элементах хвостовика лопатки:

- коэффициенты запаса прочности по растягивающим напряжениям:

- коэффициенты запаса прочности по напряжениям изгиба:

- коэффициенты запаса прочности по напряжениям среза:

В качестве предельно допустимых напряжений для материала диска принимаем

Определим запасы прочности по растягивающим напряжениям в элементах обода диска:

Определим запасы прочности по растягивающим напряжениям в элементах обода диска:

турбина двигатель газодинамический расчет

Вывод

В результате расчета были получены напряжения смятия, изгиба, среза и растяжения в замке лопатки и напряжения растяжения в сечениях гребня диска турбины.

Напряжения смятия, изгиба и среза во всех сечениях одинаковые. Это связано с постоянством ширины замка и одинаковой геометрией зубьев.

Окончательная оценка прочности определяется запасом прочности для каждого вида напряжений отдельно. Наиболее опасными являются изгибные напряжения воспринимаемые зубом замка лопатки ().

В целом полученные коэффициенты запаса удовлетворяют нормам прочности.

Размещено на Allbest


Подобные документы

  • Термогазодинамический расчет двигателя. Согласование работы компрессора и турбины. Газодинамический расчет осевой турбины на ЭВМ. Профилирование рабочих лопаток турбины высокого давления. Описание конструкции двигателя, расчет на прочность диска турбины.

    дипломная работа [3,5 M], добавлен 22.01.2012

  • Выбор и обоснование параметров двигателя, его термогазодинамический расчет. Термогазодинамический расчёт двигателя на ЭВМ. Согласование параметров компрессора и турбины. Профилирование ступени компрессора, газодинамический расчет турбины на ЭВМ.

    курсовая работа [4,2 M], добавлен 22.09.2010

  • Проект двигателя для привода газоперекачивающего агрегата. Расчет термодинамических параметров двигателя и осевого компрессора. Согласование параметров компрессора и турбины, профилирование компрессорной ступени. Газодинамический расчет турбины на ЭВМ.

    курсовая работа [429,8 K], добавлен 30.06.2012

  • Термогазадинамический расчет двигателя, профилирование лопаток рабочих колес первой ступени турбины. Газодинамический расчет турбины ТРДД и разработка ее конструкции. Разработка плана обработки конической шестерни. Анализ экономичности двигателя.

    дипломная работа [1,5 M], добавлен 22.01.2012

  • Расчет параметров потока и построение решеток профилей для компрессора и турбины. Профилирование рабочей лопатки компрессора, газодинамический и кинематические параметры профилируемой ступени на среднем радиусе. Кинематические параметры ступени турбины.

    практическая работа [2,1 M], добавлен 01.12.2011

  • Выбор и обоснование мощности и частоты вращения газотурбинного привода: термогазодинамический расчет двигателя, давления в компрессоре, согласование параметров компрессора и турбины. Расчет и профилирование решеток профилей рабочего колеса турбины.

    курсовая работа [3,1 M], добавлен 26.12.2011

  • Расчет параметров потока и построение решеток профилей ступени компрессора и турбины. Профилирование камеры сгорания, реактивного сопла проектируемого двигателя и решеток профилей рабочего колеса турбины высокого давления. Построение профилей лопаток.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.02.2012

  • Термогазодинамический расчет параметров компрессора и турбины. Профилирование рабочей лопатки первой ступени осевого компрессора. Расчет густоты решеток профилей и уточнение числа лопаток в венце. Выбор углов атаки лопаточного венца на номинальном режиме.

    курсовая работа [4,9 M], добавлен 14.03.2012

  • Согласование параметров компрессора и турбины и ее газодинамический расчет на ЭВМ. Профилирование лопатки рабочего колеса и расчет его на прочность. Схема процесса, проведение токарной, фрезерной и сверлильной операций, анализ экономичности двигателя.

    дипломная работа [3,8 M], добавлен 08.03.2011

  • Профилирование лопатки первой ступени турбины высокого давления. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. Профилирование решеток профилей рабочего колеса по радиусу. Расчет и построение решеток профилей РК турбины на ПЭВМ.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 04.02.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.