Охлаждение рабочей лопатки первой ступени турбины ТРДД
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
Вµментов - wis.set.
Результат заносится в файл wis.tеm. Для визуального просмотра температурного поля запускаем программу Изображение поля Izol.exe следующим образом: заносим в командную строку поочередно Izol.exe wis.set wis.tem.
термонапряженный теплообмен охлаждаемый лопатка
Рисунок 5.1 - Распределение полей температур в охлаждаемой лопатке
РАiЕТ ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОХЛАЖДАЕМОЙ ЛОПАТКИ
Раiет сил и моментов, действующих на перо лопатки
Лопатка находится в сложном напряженном состоянии. Она испытывает напряжение от действия центробежных сил , изгибающих моментов от действия газовых и центробежных сил и температурные напряжения .
где:
N - центробежная сила, приложенная к сечению;
- модуль упругости;
- площадь сечения;
- СФлементарная площадка.
где:
, - изгибающие моменты.
Температурные напряжения расiитываем по формуле Биргера-Малинина:
где: - коэффициент линейного расширения;
- температура.
Суммарные напряжения определяются по формуле:
Центробежную силу определим по формуле:
где:
- плотность материала лопатки ЖС-6К;
- площадь сечения лопатки с вычетом площади каналов;
- высота лопатки;
- угловая скорость;
- радиус среднего сечения лопатки;
- объем бандажной полки;
- радиус периферийного сечения лопатки;
- толщина бандажной полки.
Изгибающие моменты определим следующим образом:
- интенсивность газовых сил в окружном направлении;
- интенсивность газовых сил в осевом направлении на периферии лопатки.
Определение ресурса лопатки
Ресурс газотурбинного двигателя составляет 20000 часов. Тогда при средней длительности полета 4 часа это составит 5000 полетов. При этом на один такой полет приходится 2 минуты работы двигателя на взлетном режиме. Таким образом определим ресурс лопатки:
Раiет производим с помощью пакета SAPR кафедры 203 модуля Термонапряженное состояние. Этот подмодуль расiитывает поле напряжений, запасы прочности и другие величины, характеризующие плосконапряженное состояние, при длительном воздействии центробежных сил, изгибающего момента и неравномерного нагрева. В текстовом редакторе производим редактирование файла исходных данных для раiета термонапряженного состояния (Setax.dat). Исходные данные включают в себя следующие величины:
wis.set - файл сетки конечных элементов - 1.dat - файл прочностных свойств материала лопатки (ЖС32)
1 1 - тип раiета (упругий, без учета ползучести)
20.98 79.42 - удвоенная центробежная сила (кгс); удвоенный момент Мх (кгстАвсм); удвоенный момент Му (кгстАвсм).
330 - продолжительность работы , час
330 - продолжительность работы , час
Для раiета термонапряженного состояния запускаем программу Grid3.exe. Это основная программа подмодуля, которая осуществляет раiет поля напряжений.
После запроса указываем имя файла, содержащего данные о температурном поле лопатки (wis.tem). Результат будет занесен в файл с именем wis.sig. Для визуального просмотра поля заносим в командную строку поочередно следующие файлы: Izol.exe wis.set Sig.dat. Результаты раiета приведены на рисунке 6.1.
В результате раiета получили запас прочности k = 1,12. Для повышения запаса прочности уменьшим подачу охлаждающего воздуха в каналы тем самым уменьшим коэффициент теплоотдачи. Методом подбора определили, что оптимальным коэффициентом теплоотдачи в каналах будет тогда коэффициент запаса k = 1,31.
Рисунок 6.1 - Распределение возникающих напряжений в охлаждаемой лопатке.
Также выяснили, что неохлаждаемой лопатку сделать не получится, так как kо = 0.715. На рисунке 6 показано распределение возникающих напряжений в охлаждаемой лопатке уже с учетом измененных коэффициентов теплоотдачи в каналах.
7. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Проведено эскизное проектирование охлаждаемой рабочей лопатки 1-й ступени турбины ТВаД. Определена критическая точка - №61 (рисунок 7) и получены ее параметры:
Запас прочности k = 1.31;
Напряжение 671.78 МПа;
Температура 1084.6 К;
Коэффициенты теплоотдачи в каналах:
Координаты центра термоупругой жесткости:
= 1,8 см;
= 2,55 см.
Рисунок 7 - Сетка с указанием критической точки
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.А.В. Олейник, С.Ю. Шарков, раiет теплового и термонапряженного состояния охлаждаемых лопаток турбин, Харьков ХАИ,1995г.