Расчет турбины турбореактивного двухконтурного двигателя на базе АЛтАУ31Ф
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ем инерционных центробежных сил, возникающих при вращении от массы рабочих лопаток и собственной массы дисков. Эти силы вызывают в дисках растягивающие напряжения. От неравномерного нагрева дисков турбин возникают температурные напряжения, которые могут вызывать как растяжения, так и сжатие элементов диска.
Кроме напряжений растяжения и сжатия, в дисках могут возникать напряжения кручения и изгиба. Напряжения кручения появляются, если диски передают крутящий момент, а изгибные - возникают под действием разности давлений и температур на боковых поверхностях дисков, от осевых газодинамических сил, действующих на рабочие лопатки, от вибрации лопаток и самих дисков, под действием гироскопических моментов, возникающих при эволюциях самолета.
Из перечисленных напряжений наиболее существенными являются напряжения от центробежных сил собственной массы диска и лопаточного венца, а также температурные (в случае неравномерного нагрева диска). Напряжения изгиба зависят от толщины диска и способа соединения дисков между собой и с валом и могут быть значительными лишь в тонких дисках. Напряжения кручения обычно невелики и в расчетах в большинстве случаев не учитываются.
Допущения, принимаемые при расчете.
При расчете принимаем следующие допущения:
диск считается симметричным относительно серединной плоскости, перпендикулярной оси вращения;
температура диска меняется только по его радиусу и равномерна по толщине;
напряжения на любом радиусе не меняются по толщине;
наличие отверстий и бобышек на полотне диска, отдельных выступов и проточек на его частях не принимается во внимание
Цель расчета.
расчета является определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по радиусу диска.
.3.1 Основныерасчетныеуравнения для определенияупругих напряжений в диске от центробежных сил
Для расчета диска на прочность используем два дифференциальных уравнения:
,
где и - радиальные и окружные нормальные напряжения; - текущие значения толщины и радиуса диска; - угловая скорость вращения диска; - плотность материала диска; - модуль упругости материала диска; - коэффициент Пуассона; - коэффициент линейного расширения материала диска; - температура элемента диска на радиусе.
Точные решения дифференциальных уравнений могут быть получены только для ограниченного числа профилей. Применяем приближенный метод определения напряжений в диске - метод конечных разностей. Расчет диска этим методом основан на приближенном решении системы дифференциальных уравнений путем замены входящих в них дифференциалов конечными разностями.
Для расчета диск разбивается на сечения. Расчетная схема показана на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 -- Расчетная схема диска турбины
При выборе расчетных сечений соблюдались следующие условия:
,.
.3.2 Определениетемпературы диска
Сплав: ЭП-741-НП; =8350кг/м3; tлк =770?C;
При расчете данного диска необходимо учитывать распределение температуры по радиусу и ее влияние на упругие свойства, прочность материала. Изменение температуры по радиусу зависит от интенсивности охлаждения диска, коэффициента теплопроводности материала диска, конструктивных особенностей диска.
Температура диска на наружном диаметре tk определяется через температуру лопатки в корневом сечении tлк и теплового сопротивления в замке ?t:
tk= tлк - ?t
Величина ?t зависит от конструкции замка и для "елочных" замков составляет 50 тАж 1000 С. Учитывая особенности охлаждения замковой части лопатки принимаем ?t=700С, тогда tk=770-70=7000 С.
Изменение температуры диска по радиусу приближенно подчиняется закону изменения квадратной параболы и для диска iентральным отверстием определяется по формуле:
где tR -температура на расчетном радиусе;- температура диска на радиусеR0;к - температура диска на наружном диаметре;
R - расчетный радиус;
R0 -радиуiентрального отверстия;К - наружный радиус диска;
Принимая перепад температуры на диске (tk - t0 ) =700 С, получим формулу для расчета температур в сечениях диска:
.
Результаты расчета заносим в таблицу 2.3.
По полученным температурам в сечениях диска необходимо определить модуль упругости, коэффициент температурного расширения и предел длительной прочности
Таблица 2.3-Параметры определены по радиусу диска турбины
Номер сеченияRn,ммbn,мT, CE10^5, МПа?10^-6, 1/К?дл,Мпа1-10,088700,06557001,6401.25510002-20,10430,1080703.31,6381.256995.33-30,11980,1008706.71,6371.257990.44-40,12660,080147101,6361.258985.35-50,13220,06286713.31,6341.259980.16-60,13660,04922716.71,6331.260974.77-70,14020,038577201,6321.261969.28-80,14250,03028 723.31,6301.262963.59-90,16230,02362726.71,6291.263957.710-100,18210,019207301,6281.264951.711-110,20180,01638733.31,6261.264945.612-120,22160,01474736.71,6251.265939.313-130,24140,014017401,6241.266932.814-140,26120,01401743.31,6221.267926.215-150,28100,01401743.41,6211.268919.416-160,30070,014347501,6201.269912.517-170,30220,01637753.31,6181.270905.418-180,30400,01886756.71,6171.270898.219-190,30610,022027601,6161.271890.820-200,30870,02620763.31,6141.272883.321-210,30970,02820766.71,6131.273875.622-220,31230,028207701,6121.274867.7
2.3.3 Формированиеисходныхданных
1.Частота вращения диска =12882,9 об/мин.
.Геометрические размеры диска в расчетных сечениях (указаны на рисунке2.6).
.Характеристики конструкционного материала ЭП-741-НП:
плотность ;
коэффициент Пуассона .
.Напряжение в корневом сечении пера лопатки от растяжения центробежными силами на расчетном режиме =358,331 (МПа).
.Площадь корневого сечения лопатки Fк = 0,18910-3 м2.
.Число лопаток на рабочем колесе z=89.
.Напряжения от центробежных сил лопаток