Исследование термонапряженного состояния неохлаждаемой лопатки ГТД
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
наиболее опасном режиме.
Создаем файл исходных данных bu.tm:
1 - тип задачи (нестационарная, плоская)
,4
,0
4 - количество отрезков задания теплоотдачи
28 49 52
- коэффициент теплоотдачи на входной кромке
- коэффициент теплоотдачи на ламинарном участке спинки
- коэффициент теплоотдачи на ламинарном участке корытца
- коэффициент теплоотдачи на входной кромке
60
1
1 - количество отрезков задания температуры среды
- греющая температура , 0С
60
1
700 1000 - приближение по температуре лопатки, задание линейного изменения коэффициента теплопроводности
- коэффициент теплопроводности при первой температуре
- коэффициент теплопроводности при второй температуре
Материал лопатки: сплав ЖС6-К.
После ввода исходных данных рассчитываем температурные поля с помощью программы Grid2.exe. Результаты расчета bu.tem.
Для визуального просмотра температурного поля запускаем программу Изображение поля izol.exe, которая осуществляет построение на экране монитора до 16 изолиний поля параметра, рассчитанного в узлах триангуляционной сетки. Заносим в командную строку поочередно следующие файлы: izol.exe bu.set bu.tem. Результаты расчета приведены на рисунке 5-7.
Рисунок 5 - Распределение изотермических полей температур в неохлаждаемой лопатке по времени 0,4секунды.
Рисунок 6 - Распределение изотермических полей температур в неохлаждаемой лопатке по времени 29,2 секунд.
Рисунок 7 - Распределение изотермических полей температур в неохлаждаемой лопатке по времени 60секунд.
5. Расчет термонапряженного состояния
В пределах упругости материала напряжения от внешних сил и неравномерного нагрева можно рассчитать независимо.
Напряжения от действия центробежных сил в точке сечения лопатки с координатами Х,Y относительно главных осей жесткости находятся по формуле:
,
где - центробежная сила, приложенная к сечению, Е(Х,У) - модуль упругости, dF(X,Y) - элементарная площадка. Центробежную силу найдем по формуле:
, где
- площадь среднего сечения лопатки,
L - длина лопатки,
Vб - обьем бандажной полки,
- плотность материала лопатки,
- частота вращения, - средний радиус.
Напряжение о изгиба газодинамическими и центробежными силами:
,
где Мх, My - изгибающие моменты.
Изгибающие моменты от действия газовых сил определим следующим образом:
кгтАвсм;
кгтАвсм.
Где Pu - величина интенсивности газовых сил в окружном направлении,
Ра - величина интенсивности газовых сил в осевом направлении.
Температурные напряжения рассчитываются по формуле Биргера-Малинина. Входящие в формулы поверхностные интегралы рассчитываются численно по триангуляционной сетке.
Ресурс газотурбинного двигателя составляет 7500 часов. Тогда при средней длительности полета 2 часа это составит 3750 полетов. При этом на один такой полет приходится 3 минуты работы двигателя на максимальном режиме. Тогда всего за весь жизненный цикл двигателя лопатка находится в таком состоянии 37503=11250 мин или 190 часов. Таким образом, назначаем ресурс проектируемой лопатки 190 часов.
Расчет производим на ЭВМ с помощью подмодуля Термонапряженное состояние. Этот подмодуль рассчитывает 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 расчета термонапряженного состояния (Setax.dat). Расчет термонапряженного состояния выполняем с помощью программы GRID3.EXE. Исходный файл SETAX.DAT (таблица 3).
Таблица 3 - Исходный файл SETAX.DAT
bu.set Сетка МКЭ
.dat Материал
1 1
4 3 Нагрузки: 2*N кГ, 2*Mx кГ*см, 2*My кГ*см
Продолжительность работы, час
Продолжительность работы, час
Для расчета термонапряженного состояния запускаем программу Grid3.exe. Это основная программа подмодуля, которая осуществляет расчет поля напряжений.
После запроса указываем имя файла, содержащего данные о температурном поле лопатки (bu.tem). Результат будет занесен в файл с именем bu.sig. Максимальная температура 940,5 0С. По результатам расчета построим зависимость коэффициента запаса прочности от времени прогрева профиля рабочей лопатки турбины (рисунок 7). Проанализировав график зависимости коэффициента запаса прочности и времени прогрева профиля рабочей лопатки турбины можно сделать вывод, что после 16 секунд работы коэффициент запаса устанавливается постоянным, самый минимальный запас прочности на установившемся режиме равен 2,2208.
Рисунок 8 - График изменения коэффициента запаса прочности от времени прогрева рабочей лопатки
Вывод
В результате выполнения домашнего задания по предмету Системы охлаждения была разработана конструкция неохлаждаемой лопатки первой ступени турбины ТВаД. По ходу проекта были рассчитаны греющая температура, граничные условия теплообмена, поле температур, напряженное состояние. Максимальная температура 940,5 0С. Проанализировав график зависимости коэффициента запаса прочности и времени прогрева профиля рабочей лопатки турбины можно сделать вывод, что после 16 секунд работы коэффициент запаса устанавливается постоянным, самый минимальный запас прочности на установившемся режиме равен 2,2208.