Турбина ТВаД мощностью 10000 кВт
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
3 Расчёт на прочность диска турбины
Диски находятся под воздействием 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 самолёта.
При расчёте принимаем следующие допущения:
. Диск считается симметричным относительно серединной плоскости,
перпендикулярной оси вращения;
. Диск находится в плоско-наряженном состоянии;
. 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.
Целью расчёта является определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по радиусу диска.
Исходные данные:
Частота вращения диска об/мин;
Материал диска - ЖС-6К;
Плотность материала
Напряжение в корневом сечении пера лопатки от растяжения центробежными силами на расчетном режиме МПа;
Площадь корневого сечения лопатки
Число лопаток на рабочем колесе ;
Площадь радиального сечения разрезной части обода
Радиус центра тяжести площади радиального сечения
Определение контурной нагрузки диска
Напряжение от центробежных сил лопаток и замковой части обода может сыть определено для случая, когда лопатки и диск изготовлены из материала с одинаковой плотностью, по формуле:
где z - число лопаток на ободе диска;
напряжение в корневом сечении лопаток от растяжения центробежными силами;
площадь корневого сечения лопатки;
плотность материала диска и лопатки;
площадь радиального сечения разрезной части обода диска;
радиус центра тяжести площади ;
наружный радиус неразрезного обода диска;
ширина обода диска на радиусе .
Разобьем профиль диска на 21 расчетных сечений. Подставляя в приведенную формулу значение радиуса для каждого сечения, рассчитываем температуру диска и по характеристикам , материала ХН70ВМЮТ определяем значения модуля упругости , коэффициента линейного расширения и предела длительной прочности для заданного радиуса диска.
Коэффициент Пуассона для материала диска принимаем равным 0,3.
Таблица 2.3 - Изменение модуля упругости , коэффициента линейного расширения и предела длительной прочности по радиусу диска
Номер сеченияR,мb, м155924701792.41.86102126292470.21792.41.86102137192470.91791.61.86102147780471.61790.81.86102058270472.41789.51.861020685.563473.11789.51.86102078956473.91788.41.861019891.551474.51787.81.871019993.846.4475.11787.11.871019109642475.61786.61.871018.3119838476.217861.8710181210034476.81785.31.871016.51311032.55480.21781.71.871013.51412630.23486.91774.41.8791008.71514527.48497.217631.891001.51616724.29512.11745.91.907990.61719220.67533.11720.81.93974.51822016.61561.51684.41.96961.51923814582.51655.51.982961.52023826582.51655.51.982956.721244265901655.51.99956.7
Расчет статической прочности диска проводим на ЭВМ. Вычисления выполняем в программе disk.exe.
Результаты расчета сведены в таблицу 2.4. По этим результатам построены графики распределения напряжений и коэффициента запаса статической прочности по радиусу диска.
Таблица 2.4 - Расчет на прочность дисков турбин
ОПТИМИЗАЦИЯ ДИСКОВ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ САПР
*************************************************************
ВЫПОЛНИЛ(А) : gorbenko= 21 Z= 1 DP= 0 DT= 1 NR= 14619.000000 S= 135.300000= 0.000000E+00 BZ= 0.000000E+00 NZ= 1 QZ= 0.000000E+00 MU=
3.000000E-01= 1.300000(K)= 5.500000E-02 6.200000E-02 7.100000E-02 7.700000E-02
.200000E-02 8.550000E-02 8.900000E-02 9.150000E-02
.380000E-02 9.600000E-02 9.800000E-02 1.000000E-01
.100000E-01 1.260000E-01 1.450000E-01 1.670000E-01
.920000E-01 2.200000E-01 2.380000E-01 2.380000E-01
.440000E-01(K)= 9.200000E-02 9.200000E-02 9.200000E-02 8.000000E-02
.000000E-02 6.300000E-02 5.600000E-02 5.100000E-02
.640000E-02 4.200000E-02 3.800000E-02 3.400000E-02
.260000E-02 3.020000E-02 2.750000E-02 2.430000E-02
.070000E-02 1.660000E-02 1.400000E-02 2.600000E-02
.600000E-02(K)= 7.000000E-02 7.000000E-02 7.000000E-02 6.000000E-02
.000000E-02 4.500000E-02 4.000000E-02 3.500000E-02
.000000E-02 2.600000E-02 2.000000E-02 1.700000E-02
.600000E-02 1.500000E-02 1.400000E-02 1.300000E-02
.100000E-02 9.500000E-03 8.000000E-03 2.600000E-02
.600000E-02(K)= 1.100000E-01 1.100000E-01 1.100000E-01 1.000000E-01
.000000E-02 8.300000E-02 7.600000E-02 7.100000E-02
.600000E-02 6.200000E-02 5.600000E-02 5.000000E-02
.600000E-02 4.200000E-02 3.800000E-02 3.400000E-02
.000000E-02 2.600000E-02 2.400000E-02 2.600000E-02
.600000E-02(Z)= 20= 8200.000000(K)= 470.000000 470.200000 470.900000 471.600000
.400000 473.100000 473.900000 474.500000
.100000 475.600000 476.200000 476.800000
.200000 486.900000 497.200000 512.100000
.100000 561.500000 582.500000 582.500000
.000000(K)= 179240.000000 179240.000000 179160.000000 179080.000000
.000000 178950.000000 178840.000000 178780.000000
.000000 178660.000000 178600.000000 178530.000000
.000000 177440.000000 176300.000000 174590.000000
.000000 168440.000000 165550.000000 165550.000000
.000000(K)= 1.860000E-05 1.860000E-05 1.860000E-05 1.860000E-05
.860000E-05 1.860000E-05 1.860000E-05 1.870000E-05
.870000E-05 1.870000E-05 1.870000E-05 1.870000E-05
.870000E-05 1.879000E-05 1.890000E-05 1.907000E-05
.930000E-05 1.960000E-05 1.982000E-05 1.982000E-05
.990000E-05(K)= 1021.000000 1021.000000 1021.000000 1020.000000
.000000 1020.000000 1019.000000 1019.000000
.000000 1018.300000 1018.000000 1016.500000
.500000 1008.700000 1001.500000 990.600000
.500000 961.500000 961.500000 956.700000
.700000R(I),M B(I),M MAS(I),КГ SR,МПА ST,МПА SEK,МПА ZAP
.5500E-01 .9200E-01 .0000 .0000 1145. 1145. .8919
.6200E-01 .9200E-01 1.941 137.8 996.0 934.7 1.092
.7100E-01 .9200E-01 2.837 250.9 865.2 771.0 1.324
.7700E-01 .8000E-01 1.967 327.0 817.9 713.0 1.431
.8200E-01 .7000E-01 1.536 392.1 792.8 686.6 1.486
.8550E-01 .6300E-01 1.004 442.8 783.4 680.4 1.499
.8900E-01 .5600E-01 .9361 500.1 779.4 683.9 1.490
.9150E-